Institut Mekanika Optik Shanghai Membuat Kemajuan Baru dalam Pembangkitan Pulsa Pusaran Terawatt

Baru-baru ini, Laboratorium Kunci Negara untuk Fisika Laser Medan Kuat di Institut Optik dan Mesin Presisi Shanghai (SIPM) dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok (CAS) telah membuat kemajuan baru dalam pembangkitan pulsa pusaran inframerah gelombang pendek skala periode terawatt. Tim peneliti menggabungkan teknik modulasi medan optik baru dengan amplifikasi pulsa parametrik optik (OPCPA) untuk mewujudkan keluaran laser pusaran energi tinggi. Berdasarkan teknik kompresi pasca-pulsa nonlinier film tipis berjenjang, keluaran pulsa pusaran inframerah gelombang pendek pada skala periode terawatt telah direalisasikan untuk pertama kalinya. Hasil terkait dipublikasikan sebagai "Laser Vortex Inframerah Gelombang Pendek Kelas Terawatt" di Ultrafast Science.
Cahaya pusaran adalah berkas berstruktur spasial dengan muka gelombang heliks, yang telah banyak digunakan dalam informasi kuantum, mikroskop resolusi super, dan pinset optik karena distribusi intensitas spasial toroidal dan karakteristiknya membawa momentum sudut orbital. Selain itu, menggabungkan momentum sudut orbital ke dalam laser ultrashort ultra-intens dapat memberikan dukungan teknis yang kuat dan sarana eksperimental baru untuk fisika medan kuat pusaran dan fenomena pusaran nonlinier. Laser pusaran skala periode intensitas tinggi memiliki berbagai aplikasi dalam menggerakkan berkas partikel pusaran dan radiasi sekunder (misalnya, pusaran optik attodetik terisolasi, pusaran terahertz). Namun, pembangkitan pulsa pusaran ultrashort intensitas tinggi masih dalam tahap eksplorasi karena sulitnya mempertahankan struktur fase pusaran untuk amplifikasi dan kompresi laser.

Gambar 1 Pengaturan eksperimental

Gambar 2 (a, c, e) Peta titik pusaran orde pertama, kedua, dan ketiga dari keluaran OPCPA yang diperkuat; (b, d, f) Garis fokus lensa kolom dari berkas pusaran.
Dalam studi ini, para peneliti merealisasikan keluaran laser pusaran berenergi tinggi sebesar 1,45 μm dengan menggabungkan modulasi fase spasial dengan teknik OPCPA dan memverifikasi stabilitas transmisi laser pusaran keluaran di luar angkasa. Berdasarkan teknik kompresi pasca-pulsa film tipis bertingkat, keluaran pulsa pusaran inframerah gelombang pendek skala terawatt sebesar 13,7 mJ/10,59 fs direalisasikan untuk pertama kalinya tanpa merusak struktur fase pusaran. Program ini dapat memberikan dukungan teknis untuk fenomena pusaran nonlinier, dan memberikan dasar untuk studi fisika momentum sudut orbital ultracepat.

Gambar 3 Pengukuran domain waktu pulsa pusaran terkompresi