Het genereren van intense ultrakorte pulsen met een hoge ruimtelijke kwaliteit heeft mogelijkheden geopend voor ultrasnelle en sterke veldwetenschap. Het is zo belangrijk dat de Nobelprijs voor Natuurkunde 2018 werd gegeven aan Dr. Strickland en Dr. Mourou voor het uitvinden van een techniek genaamd chirped pulse amplification, die wereldwijd talloze ultrasnelle lasers aandrijft. Met de grote vooruitgang in het laatste decennium, Op Yb gebaseerde ultrasnelle lasers zijn zeer populair geworden, omdat ze een uitzonderlijk thermisch rendement vertonen, zijn laag in kosten en zijn zeer flexibel in het aanpassen van pulsenergieën en herhalingsfrequenties.

Echter, de pulsduur van deze lasers is meestal niet korter dan 100 fs of zelfs 1 ps, die externe pulscompressie vereist voor toepassingen. De bestaande technieken voor het genereren van supercontinuüm (SCG) en pulscompressie zijn doorgaans laag in efficiëntie. Velen van hen vereisen vacuümsystemen, vacuüm-gasinterfaces, en zijn, Vandaar, duur en complex in onderhoud. Als resultaat, de toepassingen van deze technieken zijn nog beperkt in enkele gespecialiseerde laboratoria, en kan niet op grote schaal worden gebruikt in de natuurkunde, laboratoria voor femtochemie en femtobiologie, die de belangrijkste toepassingen van ultrasnelle lasers vertegenwoordigt.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Lichtwetenschap en toepassingen , een team van Chinese en Oostenrijkse wetenschappers, geleid door professor Zhensheng Tao van State Key Laboratory of Surface Physics en Department of Physics, Fudan-universiteit, Sjanghai, China stelde voor en toonde aan dat de vorming van optische solitonen tijdens de voortplanting van sterke ultrasnelle laserpulsen in periodiek gelaagde Kerr-media (PLKM) kan dienen als een eenvoudige, betrouwbare en kosteneffectieve oplossing voor SCG en pulscompressie. Ze ontdekten dat de vorming van de solitonen het resultaat is van de balans tussen de niet-lineaire Kerr-zelffocussering en de lineaire diffractie van de laserstraal, die duurzame en niet-lineaire licht-materie-interactie op lange afstand kan ondersteunen, en daarmee de SCG-efficiëntie te verbeteren.

interessanter, door de bundelvoortplanting in deze solitaire modi te beperken, hoge ruimtelijke kwaliteit en spatio-spectrale homogeniteit kan worden bereikt, bereiken> 85% compressie-efficiëntie. Als een demonstratie van een dergelijke methode, de wetenschappers gebruikten de gecomprimeerde pulsen om een ​​zeer niet-lineair optisch proces aan te sturen, hoge harmonische generatie genoemd, het produceren van helder en coherent extreem-ultraviolet en zacht röntgenlicht van een gasdoel. Het hoge harmonische proces is extreem gevoelig voor de spatio-temporele kwaliteit van de gecomprimeerde pulsen, en het toonde duidelijk het grote potentieel van deze methode aan. Het is verder vermeldenswaard dat de totale kosten van het bouwen van het PLKM SCG-apparaat slechts ~$200 bedragen. De gerapporteerde methode en techniek zullen de weg vrijmaken voor toekomstige hoge efficiëntie, betrouwbare en kosteneffectieve SCG en pulscompressie van ultrasnelle lasers, die op grote schaal kan worden gebruikt in laboratoria voor ultrasnelle fysica, scheikunde en biologie.

Het hoog rendement, goedkope SCG- en pulscompressiemethode is gecentreerd rond de onderzoeken naar de vorming en stabiliteit van de solitaire toestanden in een niet-lineaire PLKM-resonator. Met de eenzame modi, de voortplanting van intense laserstraal kan worden gemanipuleerd om het gewenste brede spectrum en hoge ruimtelijke kwaliteit te genereren. Deze methode kan toepassingen ondersteunen op ultrasnelle lasers met verschillende pulsenergieën en herhalingsfrequenties. De wetenschappers vatten de voordelen van hun methode samen:"Vergeleken met de bestaande supercontinuümgeneratie en pulscompressiemethode, de methode die we hebben voorgesteld en gedemonstreerd heeft vier voordelen:(1) het is heel eenvoudig en kosteneffectief om te bouwen en te onderhouden, omdat er geen vacuümsystemen of straalrichtstabilisatieopstellingen nodig zijn; (2) Het is zeer flexibel, die kan worden toegepast op ultrasnelle lasers met verschillende energieën en kracht; (3) Het heeft een zeer hoog rendement, die kan oplopen tot 85%; en (4) het is zeer stabiel. We geloven dat deze methode op grote schaal kan worden geïntroduceerd in veel natuurkunde, scheikunde en biologie laboratoria, voor de wetenschappers die ultrasnelle lasers gebruiken, maar niet gespecialiseerd zijn in het bouwen van een breedbandlasersysteem."