Lansio Mwyhadur Laser Newydd: Yn Torri Terfyn Pŵer 10 Wat Curiad!

Mae gan laserau ultrashort hynod ddwys ystod eang o gymwysiadau, gan gynnwys ffiseg sylfaenol, diogelwch cenedlaethol, gwasanaethau diwydiannol a gofal iechyd. Mewn ffiseg sylfaenol, mae laserau o'r fath wedi dod yn arf pwerus ar gyfer astudio ffiseg laser maes cryf, yn enwedig mewn ffynonellau ymbelydredd a yrrir gan laser, cyflymiad gronynnau laser, ac electrodynameg cwantwm gwactod.
O'r 1-beat-wat "Nova" ym 1996 i'r 10-cyfleuster laser uwchsyth uwch-ddwys Arbrofol Shanghai (SULF) yn 2017 a'r 10-beat-wat Ewropeaidd" Isadeiledd Ysgafn Eithafol - Ffiseg Niwclear" (ELI-NP) yn 2019, uchafbwynt Mae'r cynnydd dramatig mewn pŵer laser yn ganlyniad i newid yng nghyfrwng enillion laserau agorfa fawr (o wydr â dop neodymiwm i ditaniwm: crisialau saffir). Gostyngodd y newid hwn hyd curiad y galon laserau ynni uchel o tua 500 femtoseconds (fs) i tua 25 fs.
Fodd bynnag, mae'n ymddangos bod laserau ultrashort ultra-dwys titaniwm-saffir yn codi i derfyn uchaf o 10 wat curiad. Ar hyn o bryd, ar gyfer y cynllun datblygu o 10 pat-wat i 100 pat-wat, mae ymchwilwyr yn gyffredinol yn llai gobeithiol am y dechnoleg ymhelaethu chirped-pulse saffir titaniwm, ac yn hytrach yn anelu at y paramedr optegol technoleg ymhelaethu chirped-pwls yn seiliedig ar y potasiwm deuterated. dihydrogen ffosffad grisial aflinol.
Fodd bynnag, er bod gan yr olaf ragolygon cymhwysiad da, mae ei effeithlonrwydd trosi signal pwmp isel a'i ddiffygion sefydlogrwydd amser-sbectol-ynni yn dod â heriau mawr i wireddu a chymhwyso laserau curiad-wat 10-100 yn y dyfodol.
Ar y llaw arall, mae ymhelaethiad pwls saffir titaniwm chirped, technoleg aeddfed sydd eisoes wedi adeiladu un laser 10 gigawat yn Tsieina ac Ewrop yn y drefn honno, yn dal i fod â photensial mawr yn y cam nesaf o ddatblygiad laserau ultrashort uwch-ddwys.
Titaniwm: Mae crisialau saffir yn gyfrwng ennill laser band eang lefel ynni. Yn ystod y broses ennill, mae pwls y pwmp yn cael ei amsugno, a sefydlir gwrthdroad lefel ynni rhwng y lefelau egni uchaf ac isaf i gyflawni storio ynni. Wrth i'r pwls signal fynd trwy'r grisial saffir titaniwm sawl gwaith, mae'r egni sydd wedi'i storio yn cael ei dynnu ar gyfer ymhelaethu ar y signal laser. Fodd bynnag, mewn laserau parasitig traws, mae'r sŵn allyriadau digymell yn cael ei chwyddo ar hyd y diamedr grisial, gan ddefnyddio'r egni sydd wedi'i storio a lleihau'r ymhelaethiad laser signal.
Mae Lasing Parasitig yn fath o weithrediad laser digroeso sy'n digwydd mewn dyfais laser neu fwyhadur. Mae'r ffenomen hon fel arfer yn cael ei achosi gan ffurfio ceudod laser yn anfwriadol mewn rhyw ran o du mewn y ddyfais, gan achosi'r laser i osgiliad ar amlder neu fodd diangen. Mae presenoldeb laserau parasitig yn tueddu i atal y gweithrediad laser a ddymunir yn y ddyfais, gan ddiraddio perfformiad y ddyfais ac o bosibl hyd yn oed achosi difrod i'r ddyfais.
Ar hyn o bryd, dim ond laserau o 10 wat curiad y gall yr agorfa uchaf o grisialau saffir titaniwm eu cynnal. Hyd yn oed gyda grisialau saffir titaniwm mwy, nid yw ymhelaethu â laser yn bosibl o hyd oherwydd bod lasing parasitig ardraws cryf yn tyfu'n esbonyddol gyda maint crisial saffir titaniwm cynyddol.
Beth yw'r allwedd i'r datblygiad arloesol?
Er mwyn mynd i'r afael â'r her hon, cymerodd yr ymchwilwyr ddull arloesol trwy osod crisialau saffir titaniwm lluosog gyda'i gilydd yn gydlynol.
Yn ôl Advanced Photonics Nexus, mae'r dull yn torri trwy derfyn 10-tap-wat laserau ultrashort ultra-dwys saffir titaniwm trwy gynyddu diamedr agorfa'r grisial teils saffir titaniwm cyfan yn effeithiol a chwtogi'r lasiad parasitig traws ym mhob un. grisial teils.
Nododd Yuxin Leng, awdur cyfatebol y papur ac ymchwilydd yn Sefydliad Opteg a Pheirianwaith Manwl Shanghai, "Rydym wedi dangos yn llwyddiannus ymhelaethiad titaniwm teils: saffir yn lasio mewn terawat 100 (hy, 0.1). defnyddio'r dechneg hon i gyflawni ymhelaethu laser bron yn ddelfrydol, gan gynnwys effeithlonrwydd trosi uchel, ynni sefydlog, sbectra band eang, corbys byr, a mannau ffocws bach."
Mae ei dîm yn adrodd bod ymhelaethu laser titaniwm:saffir teils cydlynol yn darparu dull cymharol syml a rhad i fynd dros y terfyn presennol o 10 kWh. Disgwylir i'r dull wella galluoedd arbrofol laserau ultrashort hynod ddwys mewn ffiseg laser maes cryf.
“Trwy ychwanegu titaniwm teils cydlynol 2 × 2: mwyhadur laser ynni uchel saffir i Gyfleuster Laser Ultrashort Ultra-Dwys Arbrofol Shanghai (SULF) neu gyfleuster Isadeiledd Ysgafn Eithafol - Ffiseg Niwclear (ELI-NP) yr Undeb Ewropeaidd, y pŵer laser Gellir cynyddu ymhellach o'r 10 curiad-wat presennol i 40 curiad wat, a gellid cynyddu'r dwysedd brig ffocws gan ffactor o bron i 10 neu fwy."