新しいレーザーアンプが発売されました: 10 ビートワットの出力制限を突破しました!

超高強度超短レーザーは、基礎物理学、国家安全保障、産業サービス、医療など幅広い用途に使用できます。 基礎物理学において、このようなレーザーは、特にレーザー駆動放射線源、レーザー粒子加速、および真空量子電気力学において、強磁場レーザー物理学を研究するための強力なツールとなっています。
1996 年の1-ビートワット「Nova」から、2017 年の10-ビートワット上海実験超高強度超短レーザー施設（SULF）、そして10-ビートワットヨーロッパ」までExtreme Light Infrastructure-Nuclear Physics」（ELI-NP）、2019 年、ピーク レーザー出力の劇的な増加は、大口径レーザーの利得媒質の変化（ネオジムドープガラスからチタン：サファイア結晶へ）によるものです。 この変化により、高エネルギーレーザーのパルス持続時間は約 500 フェムト秒 (fs) から約 25 fs に短縮されました。
ただし、チタンサファイアの超高強度超短レーザーは、上限が 10 ビート ワットに達するようです。 現在、10パットワットから100パットワットの開発計画において、研究者らは一般にチタンサファイアチャープパルス増幅技術にはあまり期待をしておらず、代わりに重水素化カリウムをベースとした光パラメータチャープパルス増幅技術を目指している。リン酸二水素非線形結晶。
しかし、後者は応用の見通しが良いものの、その低いポンプ信号変換効率と時間スペクトルエネルギー安定性の欠陥が、将来の10-100ビートワットレーザーの実現と応用に大きな課題をもたらします。
一方、チタンサファイアチャープパルス増幅は、すでに中国とヨーロッパでそれぞれ10ギガワットのレーザーを1基ずつ製造している成熟した技術であり、超高強度超短レーザーの開発の次の段階において依然として大きな可能性を秘めている。
チタン: サファイア結晶は、エネルギーレベルの広帯域レーザー利得媒体です。 利得プロセス中に、ポンプ パルスが吸収され、エネルギー レベルの反転が上部エネルギー レベルと下部エネルギー レベルの間で確立され、エネルギーの蓄積が行われます。 信号パルスがチタンサファイア結晶を数回通過すると、蓄積されたエネルギーがレーザー信号増幅のために抽出されます。 ただし、横方向の寄生レーザーでは、自然放出ノイズが結晶の直径に沿って増幅され、蓄積されたエネルギーが消費され、信号レーザーの増幅が減少します。
寄生レージングは​​、レーザーまたは増幅器デバイスで発生する不要なレーザー動作の一種です。 この現象は通常、デバイス内部の一部にレーザーキャビティが意図せず形成され、レーザーが望ましくない周波数またはモードで発振することによって引き起こされます。 寄生レーザーの存在は、デバイス内での望ましいレーザー動作を阻害する傾向があり、デバイスの性能を低下させ、場合によってはデバイスに損傷を与えることさえあります。
現在、チタン サファイア クリスタルの最大口径は 10 ビート ワットのレーザーのみをサポートできます。 チタン サファイア結晶のサイズが大きくなるにつれて、強力な横方向寄生レージングが指数関数的に増大するため、チタン サファイア結晶が大きくなっても、レーザー増幅は依然として不可能です。
突破の鍵は何でしょうか？
この課題に対処するために、研究者らは複数のチタン サファイア結晶を一貫して積層するという革新的なアプローチを採用しました。
Advanced Photonics Nexus によると、この方法は、チタン サファイア タイリング結晶全体の開口径を効果的に大きくし、各結晶内の横方向の寄生レージングを切り詰めることにより、現在のチタン サファイア超高強度超短レーザーのタップワット制限を突破します。{0}タイリングクリスタル。
この論文の責任著者であり、上海光学精密機械研究所の研究者であるYuxin Leng氏は、「我々は、100テラワット（つまり0.1ビートワット) レーザー システム。私たちはこの技術を使用して、高い変換効率、安定したエネルギー、広帯域スペクトル、短いパルス、小さな焦点スポットなど、理想に近いレーザー増幅を実現しました。」
彼のチームは、コヒーレントタイル状チタン:サファイアレーザー増幅が、現在の制限である10kWhを超えるための比較的簡単で安価な方法を提供すると報告しています。 この方法は、強磁場レーザー物理学における超高強度超短レーザーの実験能力を向上させることが期待されています。
「2×2のコヒーレントタイル状チタン:サファイア高エネルギーレーザー増幅器を上海実験超高強度超短レーザー施設(SULF)または欧州連合の極限光インフラストラクチャー核物理学(ELI-NP)施設に追加することにより、レーザー出力が現在の 10 ビート ワットから 40 ビート ワットまでさらに増やすことができ、集中ピーク強度はほぼ 10 倍以上に増加する可能性があります。」