納秒脈衝拉曼放大實現皮秒、千焦、拍瓦雷射脈衝

2020-12-17 OFweek維科網

　　英國和葡萄牙的研究人員在《PHYSICAL REVIEW LETTERS》上共同發表文章，提出等離子體中的拉曼放大是將皮秒雷射脈衝壓縮到飛秒脈衝寬度、探索強度前沿科學的一種方法。本文中，研究人員表明拉曼放大首次成功用來壓縮納秒到皮秒脈衝寬度範圍內的雷射脈衝。模擬顯示泵浦脈衝高達60%的能量傳給了探測脈衝，意味著這種機制可以產生幾千焦耳的紫外拍瓦雷射脈衝。這是證明慣性約束聚變快點火方案非常重要的結果。

　　慣性約束聚變(ICF)快點火方案的證明包括兩個階段：第一階段，將氘-氚燃料壓縮到高密度狀態；第二階段，在高度壓縮的燃料一側形成一個熱斑區域，這個區域可由一個皮秒的強雷射脈衝產生的高能(1～3MeV)電子沉積獲得。為了得到應用要求的電子束，即使依靠不同磁場準直的概念，也需要在16ps內輸送40～100kJ的雷射能量。因此，使用傳統的固體雷射器很難產生1～10皮秒的高能拍瓦雷射束。

　　以前拉曼放大的研究著重於得到強度前沿，它要求超短脈衝(飛秒量級)。本文展示了一種新的解析理論PIC(particle-in-cell)模擬，發現等離子體中的高能納秒脈衝的拉曼放大可以產生皮秒寬度、峰值能量為拍瓦量級的脈衝，轉換效率高達60%。這個機制很容易用ω0～3ω0的脈衝標度：只需調整等離子體的密度保持ω0/ωp不變，

　　其中ω0=2πc/λ0是雷射的頻率，是等離子體頻率，λ0是雷射波長，

　　n0是等離子體的電子密度。為在實驗室中實現慣性約束聚變快點火方案，這個機制提供了一種探究全部參數空間的新途徑。這項工作也打開了其他高能量密度物理研究應用的廣闊領域，如：單頻KαX射線、高密度等離子體康普頓(Compton)X光線照相術等。

　　100 ps的長脈寬泵浦脈衝(波長為351 nm)經過拉曼放大得到150fs、mm寬度、2PW的探測光。(a)初始和(b)在一個1.5 cm的等離子體柱狀區域經過放大後最終得到的探測脈衝的強度輪廓。內插圖給出的是放大脈衝(c)縱向和(d)橫向的中心輪廓

　　等離子體(特徵頻率為ωp)中的拉曼放大過程描述如下：一個長脈寬的泵浦雷射束(頻率為ω0，波數為k0)和一個反向傳播的短脈寬探測雷射脈衝(頻率為ω0-ωp，波數為ωp/c-k0)通過一個由受激拉曼後向散射(RBS)產生的縱向等離子體波(頻率為ωp，波數為2k0-ωp/c)相互作用。這將導致長脈寬泵浦脈衝的大部分能量轉換給短脈寬探測脈衝。由於被放大的探測光脈衝寬度比泵浦光短1000倍，因此通過拉曼放大後得到的探測光的功率將比泵浦光大數百倍。

相關焦點

  • 上海光機所「神光」驅動器升級裝置高能皮秒拍瓦雷射系統
    這一結果標誌著我國高能拍瓦雷射系統輸出能力已跨入千焦耳水平。　　迄今為止，系統已成功為物理實驗提供了200多發次的運行輸出，這充分證明高能拍瓦雷射系統已完全具備了皮秒及亞皮秒超短脈衝物理實驗打靶運行能力。作為「快點火」物理實驗研究平臺，「神光」驅動器升級裝置高能拍瓦雷射系統必將為我國高能量密度物理研究提供一個與世界先進水平媲美的雷射驅動器平臺。
  • 上光所高能皮秒拍瓦雷射系統獲得千焦耳能量輸出
    上海光機所「神光」驅動器升級裝置高能拍瓦雷射系統，應用國產最大口徑介質膜壓縮光柵（1025mm×350mm），於2016年7月完成了全口徑脈衝壓縮器的調試，分別實現了1035焦耳（8皮秒）和970焦耳（1.7皮秒）千焦耳級皮秒高能短脈衝輸出。這一結果標誌著我國高能拍瓦雷射系統輸出能力已跨入千焦耳水平。
  • 納秒雷射、皮秒雷射、飛秒雷射,你分得清嗎?
    大家對雷射加工並不陌生，但你對經常能聽到的納秒雷射、皮秒雷射、飛秒雷射等，你是否能分得清呢？當雷射以皮秒量級的脈衝時間作用到材料上時，加工效果會發生顯著變化。隨著脈衝能量急劇上升，高功率密度足以剝離外層電子。由於雷射與材料相互作用的時間很短，離子在將能量傳遞到周圍材料之前就已經從材料表面被燒蝕掉了，不會給周圍的材料帶來熱影響，因此也被稱為「冷加工」。憑藉冷加工帶來的優勢，短與超短脈衝雷射器進入到工業生產應用當中。
  • 雷射、啁啾脈衝放大、超快光學和諾貝爾獎
    這一系列的成果, 尤其是雷射放大, 成功地推動了雷射脈衝向更短更強的方向發展。雷射放大是低能量脈衝經過已經獲得粒子數反轉的增益介質從而得到相對高能量的雷射脈衝輸出。這可以利用諧振腔(再生放大)也可以不用(多通放大)。
  • 中國世界之最誕生 單個皮秒雷射脈衝產生140萬億個光子
    中國世界之最誕生 單個皮秒雷射脈衝產生140萬億個光子時間：2017-01-18 23:53   來源：環球網   責任編輯：毛青青 川北在線核心提示：原標題：中國世界之最誕生 單個皮秒雷射脈衝產生140萬億個光子 中國科學院研製的大連光源1月15日發出了世界上最強的極紫外自由電子雷射脈衝，單個皮秒雷射脈衝產生
  • 激揚光電推出首款500皮秒脈衝光纖雷射器
    IFL-20P-LM-P 雷射器基於公司自有智慧財產權的短脈衝驅動技術，脈衝寬度調節範圍為500ps-10ns，頻率範圍150KHz-1MHz（圖2）， 500皮秒的峰值功率超過35KW (1MHz)，  700皮秒的峰值功率超過28KW (1MHz)，  脈衝寬度在1ns到10ns範圍的峰值功率控制在12KW-15KW範圍  （圖3）； 另外雷射器採用了溫度反饋控制
  • 詳解超快雷射發展歷程與關鍵技術
    1961年，調Q技術在紅寶石雷射器上首次實現了脈衝寬度為幾十納秒的短雷射脈衝輸出，雷射脈衝的脈寬甚至被縮短到10納秒，調Q技術所能得到的脈衝寬度只能達到納秒級，這是由於受到雷射器腔長的限制(2L／c，L為雷射器諧振腔長度，C是光速。1964年發展的相位鎖定技術，將雷射器各自獨立振蕩的多縱模型形成時間有序，鎖模技術首次在氦氖雷射器上實現主動鎖模的納秒級雷射脈衝輸出。
  • 時間軸上的「放大鏡」 飛秒雷射脈衝時間間隔測試技術取得新進展
    日前，航天科工203所在飛秒雷射脈衝時間間隔測試技術領域取得新進展。受限於電子學測試極限，現階段時間間隔測量難以突破皮秒水平。203所利用飛秒雷射脈衝異步光學採樣方法，使飛秒級時間間隔線性延展至皮秒、納秒量級，從而達到電學測量設備的可測量範圍，實現細微時間延遲的精密測試，能夠滿足未來高精度時間量值傳遞與溯源需求。
  • 阿秒脈衝的前世今生
    對於相干光，由於其所包含的各光譜成分（不同顏色的光）具有相干性，各成分的相位差是固定的，因此可以實現脈衝的調製和壓縮，從而獲得持續時間極短的相干光脈衝，突破機械和電子快門的限制，成為創造極限物理時間尺度的真實載體。
  • 深度解析皮秒雷射:蘋果6使用指紋識別,開始帶動皮秒雷射普及
    其中按 脈衝寬度可以劃分為納秒雷射、皮秒雷射和飛秒雷射,其中皮秒和飛秒屬於超短脈 衝激光。新一代雷射技術——皮秒雷射皮秒雷射器是脈寬為皮秒(10-12秒)的雷射器,作為超短脈衝雷射的典型代表,皮 秒雷射具有超短脈寬、超高峰值功率的特點,其加工對象廣泛,尤其適合加工藍寶 石、玻璃、陶瓷等脆性材料和熱敏性材料,因此適合於電子產業微細加工行業應用。
  • 雷射領域中國領先世界的技術盤點|雷射脈衝|院士|聲子|雷射|非線性...
    在這項工作中，景輝提出，可利用旋轉腔的相對論光學效應，實現聲波的單向放大與傳輸。首先利用光學輻射壓，巧妙設計耦合腔參數，實現聲子相干放大，即聲子雷射。然後利用相對論薩格納格效應，即在沿著或逆著腔旋轉方向的光的頻率及輻射壓會存在差異，使其中一個方向產生的聲子相干放大，而相反方向的聲子激發則完全被禁戒。
  • 皮秒洗紋身乾淨嗎,皮秒雷射洗紋身大概多少錢
    洗紋身最佳的手段是選用脈衝雷射皮秒雷射祛紋身後沒什麼副作用，不留疤痕一般根據3至6次的雷射祛紋身即可切底去除紋身。儘管皮秒雷射祛紋身是有效的洗紋身祛除手段，可是人們對這種手段的有關疑問卻不甚了解。到底什麼是皮秒雷射去紋身？
  • 雷射和脈衝光的優劣勢........
    雷射是指「受激輻射放大的光」。雷射是一種特殊光源，但與普通光源無本質差別，也為電磁波，具有波粒二象性。雷射波相位一致，波長一定。    不同於單種雷射的應對症狀相對單一，強脈衝光波長的可調性決定了強脈衝光可以應對多種肌膚問題。如祛斑、去紅血絲、脫毛以及嫩膚等等，所以利用強脈衝光技術以及由強脈衝光衍生出來的技術，可以有效應對多種肌膚問題，而不用像雷射那樣必須選擇多種雷射，才能全面修復肌膚健康。
  • 皮秒雷射器技術在工業領域的應用
    相對於傳統納秒（10-9s），採用皮秒材料，具有加工精度高、熱效應極小、加工邊緣無毛刺等優點。相對於（10-15s），皮秒雷射也有不少優勢，由於不需要為了放大而展寬和壓縮脈衝，皮秒雷射器結構相對簡單，因此成本效益更高，性能更可靠。同時，皮秒脈衝仍短到足以應付非常精確和無應力的微細加工。
  • 德國研發出脈寬2.7皮秒新型超短脈衝雷射器
    近日，德國耶拿大學應用物理學院（IAP）、BATOP公司和InnoLight公司聯合研發出一種新型、簡易、低成本的皮秒雷射系統。該雷射系統擴大了傳統雷射系統脈寬範圍，而且由於成本較低非常適於工業應用。    利用單頻被動式Q開關微片型雷射器，研究人員開發出了這種高性能超短脈寬脈衝雷射工藝，能夠將初始脈寬70皮秒脈衝雷射成功的非線性壓縮到2.7皮秒。目前，1MHZ脈衝經壓縮後平均值功率為80 W。
  • 蜂巢皮秒雷射祛斑多久做一次?
    蜂巢皮秒雷射，嫩膚祛斑好方法，可以說是裡程碑式的技術。蜂巢皮秒雷射來自美國，由天津伊美爾引進。
  • 蜂巢皮秒雷射的幾個誤區,你造嗎?
    很多顧客對皮秒有些誤區，現在我就把親身經歷和資料總結列出來給專業的您做個參考……誤解1：皮秒雷射速度快是不是一點都不痛？皮秒雷射之所以先進，是因為它發射的單個雷射脈衝的持續時間是如此之短，以至於短到萬億分之一（10ˉ¹²）秒，也就皮秒的級別，從而使雷射的能量在如此短的瞬間內全部釋放。
  • 簡析皮秒雷射的原理及應用
    在許多實驗中一般的經驗表明，如果在合理的的去除速率條件下最好的精度可以通過功率密度選擇在5-10倍的閾值超短雷射脈衝獲得。對金屬而言，這意味著10PS的脈衝的能量密度應該為1J/cm2。如果微機械加工的雷射束被聚焦成典型的直徑10μm的光斑，那麼最佳的脈衝能量應該為1μJ。
  • 跟蹤超快雷射的前沿領域和技術趨勢
    描述這些微觀世界快速運動的時間精度需要毫秒（10-3 秒）、微秒（10-6 秒）、納秒（10-9秒）、皮秒（10-12 秒）和飛秒（10-15秒）級，與此相應發展起來的電子技術也先後可以產生毫秒、微秒、納秒和皮秒的電脈衝，用以研究物理、化學中電子運動的快速過程。