Shanghai Institute of Optical Mechanics gör nya framsteg i Terawatt Vortex Pulse Generation

Nyligen har State Key Laboratory of Strong-Field Laser Physics vid Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) gjort nya framsteg när det gäller generering av kortvågig infraröd virvelpuls i terawat-skala. Forskargruppen kombinerade en ny teknik för optisk fältmodulering med optisk parametrisk chirped pulse amplification (OPCPA) för att realisera högenergivirvellaserutdata. Baserat på den kaskadformade tunnfilms-icke-linjära efterpulskompressionstekniken har utmatningen av kortvågiga infraröda virvelpulser på terawatt-periodskalan realiserats för första gången. De relaterade resultaten publicerades som "Terawatt-Class Few-Cycle Short-Wave Infrared Vortex Laser" i Ultrafast Science.
Vortexljus är en rumsligt strukturerad stråle med en spiralformad vågfront, som har använts i stor utsträckning i kvantinformation, superupplösningsmikroskopi och optisk pincett på grund av dess toroidala spatiala intensitetsfördelning och dess karaktäristiska att bära orbital vinkelmomentum. Dessutom kan koppling av orbital vinkelmomentum till ultraintensiva ultrakorta lasrar ge kraftfullt tekniskt stöd och helt nya experimentella medel för virvelfysik med starkt fält och olinjära virvelfenomen. Vortexlasrar av högintensitetsperiodskala har ett brett spektrum av applikationer för att driva virvelpartikelstrålar och sekundär strålning (t.ex. isolerade attosekundsvirvlar, terahertzvirvlar). Genereringen av högintensiva ultrakorta virvelpulser är dock fortfarande i det utforskande stadiet på grund av svårigheten att upprätthålla virvelfasstrukturen för laserförstärkning och komprimering.

Fig. 1 Experimentell uppställning

Fig. 2 (a, c, e) Första, andra och tredje ordningens vortexfläckkartor av den förstärkta utsignalen från OPCPA; (b, d, f) Kolumnlinsens fokala ränder hos virvelstrålen.
I den här studien insåg forskarna en högenergivirvellaserutgång på 1,45 μm genom att kombinera rumslig fasmodulering med OPCPA-teknik och verifierade transmissionsstabiliteten hos den utgående virvellasern i rymden. Baserat på den kaskadformade tunnfilms-postpulskompressionstekniken, realiseras en terawatt-skala periodskala kortvågig infraröd virvelpulsutgång på 13,7 mJ/10,59 fs för första gången utan att förstöra virvelfasstrukturen. Detta program kan ge tekniskt stöd för ickelinjära virvelfenomen och ge en grund för studier av ultrasnabb orbital rörelsemängdsfysik.

Fig. 3 Tidsdomänmätning av komprimerad virvelpuls