Shanghai Institute of Optical Mechanics boekt nieuwe vooruitgang bij het genereren van Terawatt Vortex-pulsen

Onlangs heeft het State Key Laboratory of Strong-Field Laser Physics van het Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS) nieuwe vooruitgang geboekt bij het genereren van kortegolf-infrarode vortexpulsen op terawatt-periodeschaal. Het onderzoeksteam combineerde een nieuwe optische veldmodulatietechniek met optische parametrische chirped pulse amplification (OPCPA) om hoogenergetische vortexlaseroutput te realiseren. Gebaseerd op de gecascadeerde niet-lineaire post-pulscompressietechniek met dunne film, is voor het eerst de output van kortegolf-infrarode vortexpulsen op de terawatt-periodeschaal gerealiseerd. De gerelateerde resultaten werden gepubliceerd als "Terawatt-Class Few-Cycle Short-Wave Infrared Vortex Laser" in Ultrafast Science.
Vortexlicht is een ruimtelijk gestructureerde straal met een spiraalvormig golffront, dat op grote schaal wordt gebruikt in kwantuminformatie, superresolutiemicroscopie en optische pincetten vanwege de toroïdale ruimtelijke intensiteitsverdeling en het kenmerk dat het orbitaal impulsmoment draagt. Bovendien kan het koppelen van orbitaal hoekmomentum aan ultra-intensieve ultrakorte lasers krachtige technische ondersteuning en gloednieuwe experimentele middelen bieden voor vortex-sterkveldfysica en niet-lineaire vortexverschijnselen. Vortexlasers met een hoge intensiteitsperiode hebben een breed scala aan toepassingen bij het aandrijven van werveldeeltjesbundels en secundaire straling (bijv. geïsoleerde attoseconde optische wervels, terahertz wervels). Het genereren van ultrakorte vortexpulsen met hoge intensiteit bevindt zich echter nog in de verkennende fase vanwege de moeilijkheid om de vortexfasestructuur voor laserversterking en -compressie te behouden.

Afb. 1 Experimentele opstelling

Fig. 2 (a, c, e) Wervelvlekkaarten van de eerste, tweede en derde orde van de versterkte output van OPCPA; (b, d, f) Kolomlensbrandpuntsstrepen van de wervelbundel.
In deze studie realiseerden de onderzoekers een hoogenergetische vortexlaseroutput van 1,45 μm door ruimtelijke fasemodulatie te combineren met OPCPA-techniek en verifieerden ze de transmissiestabiliteit van de outputvortexlaser in de ruimte. Gebaseerd op de gecascadeerde dunne-film post-puls compressietechniek, wordt voor het eerst een terawatt-schaal periodeschaal kortegolf infrarood vortexpulsuitvoer van 13,7 mJ / 10,59 fs gerealiseerd zonder de vortexfasestructuur te vernietigen. Dit programma kan technische ondersteuning bieden voor niet-lineaire vortexverschijnselen en een basis bieden voor de studie van ultrasnelle orbitale impulsmomentfysica.

Fig. 3 Tijddomeinmeting van gecomprimeerde vortexpuls