Ultra-intensieve lasers met ultrakorte pulsen en ultrahoge energieën zijn krachtige hulpmiddelen voor het verkennen van onbekenden in de natuurkunde, kosmologie, materiaal wetenschap, enz. Met behulp van chirped pulse amplification (CPA) (Nobelprijs voor natuurkunde 2018), het huidige record heeft 10 petawatt bereikt (of 10 ¹⁶ Watt). In een recent gepubliceerd onderzoek in Wetenschappelijke rapporten , onderzoekers van de Universiteit van Osaka hebben een concept voorgesteld voor ultra-intensieve lasers van de volgende generatie met een gesimuleerd piekvermogen tot de exawatt-klasse (1 exawatt is gelijk aan 1000 petawatt).

de laser, die in 1960 werd uitgevonden door Dr. T.H. Maiman, heeft één belangrijk kenmerk van hoge intensiteit (of hoog piekvermogen voor pulslasers):laserpiekvermogen heeft een ontwikkeling in twee fasen doorgemaakt. Net na de geboorte van de laser, Q-switching- en modusvergrendelingstechnologieën verhoogden het laserpiekvermogen tot kilowatt (10 ³ Watt) en gigawatt (10 ⁹ Watt) niveaus. Nadat de CPA-technologie in 1985 was uitgevonden door Gérard Mourou en Donna Strickland, waardoor materiële schade en optische niet-lineariteit werden vermeden, laserpiekvermogen werd drastisch verhoogd tot terawatt (10 ¹² watt) en petawatt (10 ¹⁵ watt) niveaus. Vandaag, twee 10-petawatt CPA-lasers zijn aangetoond in Europa (ELI-NP-laser) en China (SULF-laser), respectievelijk.

Momenteel, de faciliteitsschaal van petawatt-lasers over de hele wereld is erg groot en de projectinvesteringen zijn ook erg hoog. De volgende stap voor toekomstige ultra-intensieve lasers is om het piekvermogen verder te verhogen door de pulsduur te comprimeren in plaats van de pulsenergie te verhogen.

In hun vorige studie ( OSA-continuüm , DOI:10.1364/OSAC.2.001125), deze groep ontwikkelde een nieuw ontwerp, groothoek niet-collineaire optische parametrische chirped pulsversterking (WNOPCPA), om het versterkte spectrum te vergroten en dienovereenkomstig de gecomprimeerde puls te verminderen. Het belangrijkste mechanisme van WNOPCPA is om de totale bandbreedte te vergroten door een pomp met meerdere bundels te gebruiken, wat overeenkomt met verschillende versterkte spectra. "Echter, de pompinterferentie, naast veroorzaakte mogelijke schade, is een potentieel probleem bij het toepassen van WNOPCPA op een enorm project, " legt de corresponderende auteur Zhaoyang Li uit.

In dit nieuw verbeterde ontwerp, door gebruik te maken van een tweestraals gepompte WNOPCPA en zorgvuldig geoptimaliseerde fase-aanpassing, pompinterferentie wordt volledig vermeden, en een ultrabreedbandbandbreedte met twee brede spectra wordt bereikt, resulterend in <10 fs laserversterking met hoge energie. Wanneer deze laser wordt gecombineerd met post-compressietechnologie, de spectrale verbreding veroorzaakt door niet-lineaire effecten is aanzienlijk verbeterd, en de simulatie laat zien dat het record van het hoogste piekvermogen naar de exawatt-klasse kan worden geduwd.

"Dit ontwerp heeft twee voordelen:de ene is ultrabreedbandversterking in WNOPCPA en de andere is de verbetering van niet-lineaire spectrale verbreding in post-compressie. Dit onderzoek kan een mogelijke manier bieden om het laserpiekvermogen verder te verhogen, zelfs tot in de exawatt-klasse, " zegt Zhaoyang Li.