Lazer ultra i shpejtë për shkencën e atosekondave

Lazer ultra i shpejtëpër shkencën e attosekondës
Aktualisht, pulset atosekonda merren kryesisht nëpërmjet gjenerimit harmonik të rendit të lartë (HHG) të nxitur nga fusha të forta. Thelbi i gjenerimit të tyre mund të kuptohet si jonizim, përshpejtim dhe rikombinim i elektroneve nga një fushë elektrike lazer e fortë për të çliruar energji, duke emetuar kështu pulse XUV atosekondash.
Prandaj, prodhimi i atosekondave është jashtëzakonisht i ndjeshëm ndaj gjerësisë së pulsit, energjisë, gjatësisë së valës dhe shkallës së përsëritjes sëlazer lëvizës(Lazer ultra i shpejtë): gjerësia më e shkurtër e pulsit është e dobishme për izolimin e pulseve të atosekondës, energjia më e lartë përmirëson jonizimin dhe efikasitetin, gjatësia e valës më e gjatë rrit energjinë e ndërprerjes, por ul ndjeshëm efikasitetin e konvertimit, dhe shkalla më e lartë e përsëritjes përmirëson raportin sinjal-zhurmë, por kufizohet nga energjia e një pulsi të vetëm. Zbatime të ndryshme (si mikroskopia elektronike, spektroskopia e absorbimit me rreze X, numërimi i rastësisë, etj.) kanë thekse të ndryshme në indeksin e pulsit të atosekondës, i cili nxjerr në pah kërkesa të diferencuara dhe gjithëpërfshirëse për drejtimin e lazerëve. Përmirësimi i performancës së lazerëve të drejtimit është thelbësor për përdorim në shkencën e atosekondës.

Katër rrugë kryesore teknologjike për të përmirësuar performancën e lazerëve të drejtimit (lazer ultra i shpejtë)
1. Energji më e lartë: I projektuar për të kapërcyer efikasitetin e ulët të konvertimit të HHG dhe për të marrë impulse atosekondëshe me rendiment të lartë. Evolucioni teknologjik është zhvendosur nga amplifikimi tradicional i pulsit me çirrje (CPA) në familjen e amplifikimit optik parametrik, duke përfshirë amplifikimin optik parametrik të pulsit me çirrje (OPCPA), OPA me çirrje të dyfishtë (DC-OPA), OPA të domenit të frekuencës (FOPA) dhe OPCPA të përputhjes kuazi të fazës (QPCPA). Kombinimi i mëtejshëm i teknikave të sintezës së rrezes koherente (CBC) dhe amplifikimit të ndarjes së pulsit (DPA) për të kapërcyer kufizimet fizike të amplifikatorëve me një kanal, të tilla si efektet termike dhe dëmtimet jolineare, dhe për të arritur prodhimin e energjisë në nivelin e Xhaulit.
2. Gjerësia më e shkurtër e pulsit: I projektuar për të gjeneruar pulse të izoluara atosekondash që mund të përdoren për të analizuar dinamikën elektronike, duke kërkuar pulse të pakta ose edhe nënperiodike të drejtimit dhe fazë të qëndrueshme të zarfit bartës (CEP). Teknologjitë kryesore përfshijnë përdorimin e teknikave jolineare të pas-kompresimit, të tilla si fibra me bërthamë të zbrazët (HCF), film shumë i hollë (MPSC) dhe zgavër shumëkanalëshe (MPC) për të kompresuar gjerësinë e pulsit në gjatësi jashtëzakonisht të shkurtra. Stabiliteti i CEP matet duke përdorur një interferometër f-2f dhe arrihet përmes reagimit/feedforward aktiv (si AOFS, AOPDF) ose mekanizmave pasivë të vetë-stabilizimit tërësisht optik bazuar në proceset e ndryshimit të frekuencës.
3. Gjatësi vale më e gjatë: Projektuar për të shtyrë energjinë e fotonit të atosekondës në brezin e "dritares së ujit" për imazhe të biomolekulave. Tre rrugët kryesore teknologjike janë:
Amplifikimi optik parametrik (OPA) dhe kaskada e tij: Është zgjidhja kryesore në diapazonin e gjatësisë së valës 1-5 μ m, duke përdorur kristale të tilla si BiBO dhe MgO: LN; >Kristale të tilla si ZGP dhe LiGaS₂ kërkohen për diapazonin e gjatësisë së valës 5 μ m.
Gjenerimi i Frekuencës Diferenciale (DFG) dhe Frekuenca Diferenciale Intra Pulse (IPDFG): mund të ofrojnë burime fillestare me stabilitet pasiv të CEP.
Teknologjia e lazerit direkt, siç janë lazerët kalkogjenid të dopuar me metal tranzicioni Cr:ZnS/Se, njihet si "safir titaniumi me infra të kuqe të mesme" dhe ka avantazhet e strukturës kompakte dhe efikasitetit të lartë.
4. Shkallë më e lartë përsëritjeje: synon përmirësimin e raportit sinjal-zhurmë dhe efikasitetin e mbledhjes së të dhënave, si dhe adresimin e kufizimeve të efekteve të ngarkesës hapësinore. Dy rrugë kryesore:
Teknologjia e zgavrave të përmirësuara me rezonancë: përdorimi i zgavrave rezonante me precizion të lartë për të rritur fuqinë maksimale të pulseve të frekuencave përsëritëse në nivel megahertz për të nxitur HHG, është aplikuar në fusha të tilla si krehërat e frekuencave XUV, por gjenerimi i pulseve të izoluara të atosekondave ende paraqet sfida.
Shkallë e lartë përsëritjeje dhelazer me fuqi të lartëTransmetimi direkt, duke përfshirë OPCPA, CPA me fibra të kombinuara me kompresim jolinear dhe oscilator filmi të hollë, ka arritur gjenerim të pulsit të izoluar të atosekondave me një shpejtësi përsëritjeje prej 100 kHz.