Īpaši ātrs lāzers attosekundes zinātnei

Īpaši ātrs lāzersattosekundes zinātnei
Pašlaik attosekundes impulsus galvenokārt iegūst, izmantojot augstas kārtas harmoniku ģenerēšanu (HHG), ko virza spēcīgi lauki. To ģenerēšanas būtību var saprast kā elektronu jonizāciju, paātrināšanu un rekombināciju ar spēcīgu lāzera elektrisko lauku, lai atbrīvotu enerģiju, tādējādi izstarojot attosekundes XUV impulsus.
Tāpēc attosekundes izejas signāls ir ārkārtīgi jutīgs pret impulsa platumu, enerģiju, viļņa garumu un atkārtošanās ātrumu.lāzera piedziņa(Īpaši ātrs lāzers): īsāks impulsa platums ir labvēlīgs attosekundes impulsu izolēšanai, lielāka enerģija uzlabo jonizāciju un efektivitāti, garāks viļņa garums palielina robeženerģiju, bet ievērojami samazina konversijas efektivitāti, un lielāks atkārtošanās ātrums uzlabo signāla un trokšņa attiecību, bet to ierobežo viena impulsa enerģija. Dažādos pielietojumos (piemēram, elektronu mikroskopijā, rentgenstaru absorbcijas spektroskopijā, sakritību skaitīšanā utt.) ir atšķirīgs uzsvars uz attosekundes impulsu indeksu, kas izvirza diferencētas un visaptverošas prasības lāzeru vadīšanai. Lāzeru vadīšanas veiktspējas uzlabošana ir ļoti svarīga izmantošanai attosekundes zinātnē.

Četri galvenie tehnoloģiskie maršruti, lai uzlabotu lāzeru piedziņas veiktspēju (īpaši ātrs lāzers)
1. Augstāka enerģija: izstrādāta, lai pārvarētu HHG zemo konversijas efektivitāti un iegūtu augstas caurlaidības attosekundes impulsus. Tehnoloģiju evolūcija ir mainījusies no tradicionālās čirpēto impulsu pastiprināšanas (CPA) uz optiskās parametriskās pastiprināšanas saimi, tostarp optisko parametrisko čirpēto impulsu pastiprināšanu (OPCPA), divkārši čirpēto OPA (DC-OPA), frekvences domēna OPA (FOPA) un kvazi fāzes saskaņošanas OPCPA (QPCPA). Tālāk apvienojot koherentā stara sintēzes (CBC) un impulsu sadalīšanas pastiprināšanas (DPA) sintēzes metodes, lai pārvarētu viena kanāla pastiprinātāju fiziskos ierobežojumus, piemēram, termiskos efektus un nelineārus bojājumus, un sasniegtu džoula līmeņa enerģijas izvadi.
2. Īsāks impulsa platums: paredzēts izolētu attosekundes impulsu ģenerēšanai, kurus var izmantot elektroniskās dinamikas analīzei, kam nepieciešami daži vai pat subperiodiski virzošie impulsi un stabila nesēja apvalka fāze (CEP). Galvenās tehnoloģijas ietver nelineāru pēcspiešanas metožu, piemēram, dobas kodola šķiedras (HCF), daudzplānas plēves (MPSC) un daudzkanālu dobuma (MPC), izmantošanu, lai saspiestu impulsa platumu līdz ārkārtīgi īsiem garumiem. CEP stabilitāti mēra, izmantojot f-2f interferometru, un panāk, izmantojot aktīvu atgriezenisko saiti/tiešo saiti (piemēram, AOFS, AOPDF) vai pasīvus pilnībā optiskus pašstabilizācijas mehānismus, kuru pamatā ir frekvenču starpības procesi.
3. Garāks viļņa garums: paredzēts, lai atosekundes fotonu enerģiju virzītu uz “ūdens loga” joslu biomolekulu attēlveidošanai. Trīs galvenie tehnoloģiskie ceļi ir:
Optiskā parametriskā pastiprināšana (OPA) un tās kaskāde: tā ir galvenais risinājums 1–5 μm viļņu garuma diapazonā, izmantojot tādus kristālus kā BiBO3 un MgO: LN; > 5 μm viļņu garuma diapazonam nepieciešami tādi kristāli kā ZGP un LiGaS₂.
Diferenciālās frekvences ģenerēšana (DFG) un iekšējā impulsa diferenciālā frekvence (IPFG): var nodrošināt sēklu avotus ar pasīvu CEP stabilitāti.
Tiešās lāzera tehnoloģijas, piemēram, Cr:ZnS/Se pārejas metālu halkogēnīdu lāzeri, ir pazīstamas kā “vidējā infrasarkanā titāna safīra lāzers”, un tām ir kompaktas struktūras un augstas efektivitātes priekšrocības.
4. Augstāks atkārtošanās ātrums: mērķis ir uzlabot signāla un trokšņa attiecību un datu ieguves efektivitāti, kā arī risināt telpas lādiņa efektu ierobežojumus. Divi galvenie virzieni:
Rezonanses pastiprinātas dobuma tehnoloģija: augstas precizitātes rezonanses dobumu izmantošana, lai palielinātu megahercu līmeņa atkārtotu frekvenču impulsu maksimālo jaudu HHG darbināšanai, ir pielietota tādās jomās kā XUV frekvenču ķemmes, taču izolētu attosekundes impulsu ģenerēšana joprojām rada izaicinājumus.
Augsts atkārtošanās ātrums unlieljaudas lāzersTiešā piedziņa, tostarp OPCPA, šķiedru CPA apvienojumā ar nelineāru pēckompresiju un plānslāņa oscilatoru, ir panākusi izolētu attosekundes impulsu ģenerēšanu ar atkārtošanās frekvenci 100 kHz.