Ultraintensive Ultrakurzlaser sind leistungsstarke Werkzeuge, die in verschiedenen Bereichen wie der Physik, der nationalen Sicherheit, der Industrie und dem Gesundheitswesen eingesetzt werden. Sie helfen Forschern dabei, sich mit der Physik von Starkfeldlasern, lasergesteuerten Strahlungsquellen, Teilchenbeschleunigung und vielem mehr zu befassen.
„Peak Power“ misst die Intensität dieser Laser, wie des Nova-Lasers (Lawrence Livermore National Laboratory, Kalifornien, USA) mit 1,5 Petawatt Spitzenleistung, der Shanghai Super-intense Ultrafast Laser Facility (SULF, China) mit 10 Petawatt oder die Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics (ELI-NP, Rumänien) mit einer Spitzenleistung von 10 Petawatt.
Was jedoch bei Experimenten wirklich zählt, ist die fokussierte Intensität auf das Ziel. Die Laser werden mithilfe außeraxialer Parabolspiegel auf experimentelle Ziele fokussiert. Die fokussierte Intensität, nicht die Spitzenleistung, spiegelt die Leistungsfähigkeit des Lasers wider und ist für den Benutzer von entscheidender Bedeutung.
Verbessern Sie den Fokus mit hyperbolischen Spiegeln
Derzeit beträgt die Strahlapertur dieser Laser 150 bis 500 mm und die Blendenzahl (bezogen auf die Fokussierungsfähigkeit) beträgt 2 bis 10. Durch Hinzufügen eines rotierenden Hyperbolspiegels nach dem Parabolspiegel kann die Blendenzahl und damit der Brennfleck verringert werden Größe deutlich.
Als gemeldet In Fortschrittlicher Photonik-NexusMit dieser sekundären Fokussierungsmethode kann die F-Zahl um den Faktor 5 reduziert werden, wodurch die Brennfleckgröße des ultraintensiven Ultrakurzlasers auf die Größe einer einzigen Wellenlänge reduziert wird.
Der korrespondierende Autor Zhaoyang Li vom Key Laboratory of Ultra-Intense Laser Science and Technology am Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics (China) stellt fest, dass diese Technik den kleinstmöglichen Brennfleck ermöglicht: „Die Verwendung von Hyperbolspiegeln zur sekundären Fokussierung kann den Brennpunkt reduzieren.“ Wir haben den Brennfleck unserer ultraintensiven Ultrakurzlaser von einer Größe mit mehreren Wellenlängen auf eine Größe mit nur einer Wellenlänge erweitert und so den kleinstmöglichen Brennfleck erreicht.“
Li und sein Team berichten, dass Brennflecke mit einer Wellenlänge erreicht werden können, indem ein optimierter rotierender hyperbolischer Spiegel zu aktuellen Lasern der Femtosekunden-Petawatt-Klasse oder zukünftigen Lasern der Petawatt-Klasse mit einem Zyklus hinzugefügt wird.
„In Kombination mit unserer zuvor vorgeschlagenen Wide-angle Non-collinear Optical Parametric Chirped Pulse Amplification (WNOPCPA)-Methode wird erwartet, dass sie den höchsten Intensitätszustand einer ultraintensiven Ultrakurzlaseranlage erreicht, die die gesamte Laserenergie in einen räumlich-zeitlichen Raum fokussiert.“ „Fokuswürfel, der durch die Wellenlänge des Laserzentrums begrenzt wird. Dies wird die experimentellen Möglichkeiten ultraintensiver Ultrakurzlaser bei der Anwendung der Laserphysik mit starken Feldern, wie etwa der Vakuumquantenelektrodynamik, dramatisch verbessern“, sagt Li.
Mehr Informationen:
Zhaoyang Li et al., Einzelwellenlängengrößenfokussierung ultraintensiver ultrakurzer Laser mit rotierenden hyperbolischen Spiegeln, Fortschrittlicher Photonik-Nexus (2024). DOI: 10.1117/1.APN.3.3.036002