Wetenschap
Ultra-intensieve lasers focussen op een enkele golflengte
Ultra-intensieve ultrakorte lasers zijn krachtige hulpmiddelen die worden gebruikt op verschillende gebieden, zoals natuurkunde, nationale veiligheid, industrie en gezondheidszorg. Ze helpen onderzoekers zich te verdiepen in laserfysica met een sterk veld, lasergestuurde stralingsbronnen, deeltjesversnelling en meer.
"Piekvermogen" meet de intensiteit van deze lasers, zoals de Nova-laser (Lawrence Livermore National Laboratory, Californië, VS) met een piekvermogen van 1,5 petawatt, de Shanghai Super-intense Ultrafast Laser Facility (SULF, China) met 10 petawatt, of de Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics (ELI-NP, Roemenië) met een piekvermogen van 10 petawatt.
Wat er bij experimenten echter echt toe doet, is de gerichte intensiteit op het doel. De lasers worden gericht op experimentele doelen met behulp van parabolische spiegels buiten de as. De gerichte intensiteit, en niet het piekvermogen, weerspiegelt het vermogen van de laser en is van cruciaal belang voor gebruikers.
De focus verbeteren met hyperbolische spiegels
Momenteel is de straalopening van deze lasers 150 tot 500 mm, en het F-getal (gerelateerd aan het focusvermogen) is 2 tot 10. Het toevoegen van een roterende hyperbolische spiegel na de parabolische spiegel kan het F-getal en dus het brandpunt verminderen. aanzienlijk groter.
Zoals gerapporteerd in Advanced Photonics Nexus kan deze secundaire focusmethode het F-getal met een factor 5 verminderen, waardoor de brandpuntgrootte van de ultra-intensieve ultrakorte laser vervolgens wordt verkleind tot een grootte van één golflengte.
Corresponderende auteur Zhaoyang Li van het Key Laboratory of Ultra-intense Laser Science and Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (China), merkt op dat deze techniek het kleinst mogelijke brandpunt mogelijk maakt:"Het gebruik van hyperbolische spiegels voor secundaire scherpstelling kan de brandpuntsafstand verminderen spot van onze ultra-intensieve ultrakorte lasers van verschillende golflengten tot slechts één golflengte, waardoor het kleinst mogelijke brandpunt wordt bereikt."
Li en zijn team melden dat brandpunten met één golflengte kunnen worden bereikt door een geoptimaliseerde roterende hyperbolische spiegel toe te voegen aan de huidige femtoseconde lasers van de petawatt-klasse of toekomstige lasers van de petawatt-klasse met één cyclus.
"In combinatie met onze eerder voorgestelde Wide-angle Non-collinear Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (WNOPCPA) -methode, wordt verwacht dat deze de hoogste intensiteitstoestand zal bereiken van een ultra-intens ultrakorte laserfaciliteit, die alle laserenergie concentreert in een spatiotemporele laserfaciliteit. focale kubus begrensd door de lasercentrumgolflengte. Dit zal de experimentele mogelijkheden van ultra-intensieve ultrakorte lasers bij de toepassing van laserfysica met een sterk veld, zoals vacuüm-kwantumelektrodynamica, dramatisch verbeteren", zegt Li.