高能雷射脈衝突破界限

2020-12-04 江蘇雷射產業創新聯盟

江蘇雷射聯盟導讀：來自INRS 的研究人員在最近將高能雷射脈衝的傳播突破界限，依靠高能多維孤立態的觀察（multidimensional solitary states (MDSS)），使得直接產生極端短的和強雷射脈衝在時間和空間層面均非常穩定。

典型的雷射系統限制了在單橫模中的方向，這使得雷射技術的應用存在上限。更高維度被認為是有害的，因為他們易於不穩定和坍塌。

先進的雷射光源設備 中心的INRS研究人員可以觀察到多維孤立態以使得直接產生極端短和強雷射脈衝，在時間和空間中高度穩定

在他們的工作中，研究人員成功地在充填氣體的中空光纖中觀察到在皮秒近紅外泵浦脈衝驅動下的多維波包。這一辦法產生了高能和時空的工程相干光場。研究表明理論上的先進性被複雜的數值模擬和系統性的實驗研究所證實。科學家們在位於INRS的先進光源系統中心實施了這一實驗，最終發現，高能水平的光，其行為顯著的同開始設想的不同， Reza Safaei說到，他是INRS的一個博士研究生。

多維孤立態 （MDSS）的概念圖和實驗觀察結果

研究人員設計的系統工作在一個非線性增長由於本身而發生的環境中。多維態之間的相互作用造成雷射脈衝向自組裝的高度穩定的多維態，這，依據Safaei的研究，是一個非常令人驚奇的平分加熱從鼓裡面出來，當孤立狀態從高度不穩定混沌誕生時。

多維孤立態 （MDSS） 產生的示意圖和基於多維相互作用的拉曼增強

這一即使技術對工作的影響在於較少循環脈衝自皮秒Yb驅動的雷射，使用簡單，魯棒性好和有效的途徑來提供一個具有強場物理的新的雷射技術，Guangyu Fan說到，他是在INRS的一名博士研究生。

使用700fs驅動的脈衝為5mJ輸入能量時自陷落多維孤立態 （MDSS）的模態演化

這一技術對縮放桌面型極端UV（EUV) ）和軟Ｘ－射線光源到由於長的中央波長的輸入光束造成較高的聲子能是非常有用的，Franois Légaré說到，他是 ALLS研究部門的科學家的領導。

當我們展望未來的時候，雷射和放大器可以優雅的工作在多維態，這也許可以具有顯著高的功率，比基於單模的器件要高，在顯著的可控非線性增加的條件下，他說，這一可能性拓展了超快雷射技術可以超越目前幾乎所有的雷射科學，這是由於尺寸和空間／時空非線性使得所有類型的高功率雷射都由於上述原因而受到極大的限制。

自陷落多維孤立態 （MDSS） 在5mJ, 700fs脈衝和2,500mba時的時間演變

研究團隊相信這一研究將會促使緊湊性高功率雷射系統的發展和在各種工業中的應用，包括微加工和材料加工。此外，這一技術正在應用於桌面型的緊湊性，超快X-射線光源的潛在應用於超快現象的追蹤，如化學反應和磁化動力學，在水窗光譜範圍內的高時空的生物影像等。

這一研究成果發表在期刊《Nature Photonics》上。

文章來源：Safaei, R., Fan, G., Kwon, O. et al. High-energy multidimensional solitary states in hollow-core fibres. Nat. Photonics 14, 733–739 (2020). https://doi.org/10.1038/s41566-020-00699-2

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