מכון שנחאי למכניקה אופטית עושה התקדמות חדשה ביצירת דופק וורטקס של Terawat

לאחרונה, מעבדת המפתח של המדינה לפיזיקת לייזר בשדה חזק במכון שנגחאי לאופטיקה ומכונות מדויקות (SIPM) של האקדמיה הסינית למדעים (CAS) עשתה התקדמות חדשה ביצירת פעימות מערבולת אינפרא אדום בקנה מידה של תקופת טרוואט. צוות המחקר שילב טכניקת אפנון חדשנית של שדה אופטי עם הגברת דופק אופטית פרמטרית (OPCPA) כדי לממש פלט לייזר מערבולת באנרגיה גבוהה. בהתבסס על טכניקת הדחיסה לאחר הדופק הלא-ליניארית של הסרט הדק, התפוקה של פעימות מערבולת אינפרא אדום בגלים קצרים בקנה מידה תקופתי טרוואט מומשה לראשונה. התוצאות הקשורות פורסמו כ-"Terawatt-Class Few-Cycle Short-Wave Infrared Vortex Laser" ב-Ultrafast Science.
אור וורטקס הוא אלומה בעלת מבנה מרחבי עם חזית גל סליל, אשר נעשה בה שימוש נרחב במידע קוונטי, מיקרוסקופיה ברזולוציה על ופינצטה אופטית בשל חלוקת העוצמה המרחבית הטורואידלית שלה והמאפיין שלה לשאת תנע זוויתי מסלולי. בנוסף, צימוד תנע זוויתי מסלולי ללייזרים קצרים אולטרה-אינטנסיביים יכול לספק תמיכה טכנית רבת עוצמה ואמצעים ניסיוניים חדשים לגמרי לפיזיקה של שדה חזק של מערבולת ותופעות מערבולת לא ליניאריות. ללייזרי וורטקס בקנה מידה תקופתי בעוצמה גבוהה יש מגוון רחב של יישומים בהנעת קרני חלקיקי מערבולת וקרינה משנית (למשל, מערבולות אופטיות מבודדות של אטו-שניות, מערבולות טרה-הרץ). עם זאת, יצירת פעימות מערבולת אולטרה קצרות בעצימות גבוהה עדיין בשלב חקר בשל הקושי לשמור על מבנה פאזת המערבולת להגברה ודחיסה בלייזר.

איור 1 התקנה נסיונית

איור 2 (a, c, e) מפות נקודות מערבולת מסדר ראשון, שני ושלישי של הפלט המוגבר של OPCPA; (ב, ד, ו) פסי מוקד עדשת עמודים של אלומת המערבולת.
במחקר זה, החוקרים הבינו פלט לייזר מערבולת באנרגיה גבוהה של 1.45 מיקרומטר על ידי שילוב אפנון פאזה מרחבי עם טכניקת OPCPA ואימתו את יציבות השידור של לייזר מערבולת הפלט בחלל. בהתבסס על טכניקת דחיסה של סרט דק לאחר פעימה מדורגת, מתממשת לראשונה תפוקת פולס אינפרא אדום בקנה מידה תקופתי בקנה מידה טרוואט של 13.7 mJ/10.59 fs בלי להרוס את מבנה שלב המערבולת. תוכנית זו יכולה לספק תמיכה טכנית לתופעות מערבולת לא ליניאריות, ולספק בסיס לחקר פיזיקת התנע הזוויתי של מסלול מהיר במיוחד.

איור 3 מדידת תחום זמן של דופק מערבולת דחוס