Làser ultraràpid per a la ciència de l'attosegons

Làser ultraràpidper a la ciència de l'attosegon
Actualment, els polsos d'attosegons s'obtenen principalment mitjançant la generació d'harmònics d'ordre superior (HHG) impulsada per camps forts. L'essència de la seva generació es pot entendre com els electrons que s'ionitzen, s'acceleren i es recombinen mitjançant un fort camp elèctric làser per alliberar energia, emetent així polsos XUV d'attosegons.
Per tant, la sortida d'attosegons és extremadament sensible a l'amplada del pols, l'energia, la longitud d'ona i la freqüència de repetició dellàser de conducció(Làser ultraràpid): una amplada de pols més curta és beneficiosa per aïllar polsos d'attosegons, una energia més alta millora la ionització i l'eficiència, una longitud d'ona més llarga augmenta l'energia de tall però redueix significativament l'eficiència de conversió, i una taxa de repetició més alta millora la relació senyal-soroll però està limitada per l'energia d'un sol pols. Diferents aplicacions (com ara la microscòpia electrònica, l'espectroscòpia d'absorció de raigs X, el recompte de coincidències, etc.) tenen diferents èmfasis en l'índex de pols d'attosegons, cosa que planteja requisits diferenciats i complets per a la conducció de làsers. Millorar el rendiment de la conducció de làsers és crucial per al seu ús en la ciència de l'attosegons.

Quatre vies tecnològiques bàsiques per millorar el rendiment dels làsers de conducció (làser ultraràpid)
1. Energia més alta: Dissenyat per superar la baixa eficiència de conversió de l'HHG i obtenir polsos d'attosegons d'alt rendiment. L'evolució tecnològica ha passat de l'amplificació d'impulsos xirpats tradicional (CPA) a la família d'amplificació paramètrica òptica, incloent-hi l'amplificació d'impulsos xirpats paramètrics òptics (OPCPA), l'OPA xirpat dual (DC-OPA), l'OPA de domini de freqüència (FOPA) i l'OPCPA de coincidència quasi de fase (QPCPA). Combinant a més les tècniques de síntesi de feix coherent (CBC) i l'amplificació per divisió d'impulsos (DPA) per superar les limitacions físiques dels amplificadors d'un sol canal, com ara els efectes tèrmics i els danys no lineals, i aconseguir una sortida d'energia a nivell de Joule.
2. Amplada d'impuls més curta: Dissenyat per generar impulsos aïllats d'attosegons que es poden utilitzar per analitzar la dinàmica electrònica, que requereix pocs impulsos d'accionament o fins i tot subperiòdics i una fase d'envolupant de la portadora (CEP) estable. Les principals tecnologies inclouen l'ús de tècniques de postcompressió no lineals com ara fibra de nucli buit (HCF), pel·lícula multifina (MPSC) i cavitat multicanal (MPC) per comprimir l'amplada d'impuls a longituds extremadament curtes. L'estabilitat CEP es mesura mitjançant un interferòmetre f-2f i s'aconsegueix mitjançant retroalimentació/prealimentació activa (com ara AOFS, AOPDF) o mecanismes passius d'autoestabilització totalment òptica basats en processos de diferència de freqüència.
3. Longitud d'ona més llarga: Dissenyat per impulsar l'energia dels fotons d'attosegons a la banda de la "finestra d'aigua" per a la imatge de biomolècules. Les tres principals vies tecnològiques són:
Amplificació paramètrica òptica (OPA) i la seva cascada: és la solució principal en el rang de longitud d'ona d'1-5 μm, utilitzant cristalls com ara BiBO i MgO: LN; >Es requereixen cristalls com ara ZGP i LiGaS₂ per a la banda de longitud d'ona de 5 μm.
Generació de freqüència diferencial (DFG) i freqüència diferencial intrapols (IPDFG): poden proporcionar fonts de llavors amb estabilitat CEP passiva.
La tecnologia làser directa, com ara els làsers de calcogenur dopats amb metalls de transició Cr: ZnS/Se, es coneix com a "safir de titani d'infraroig mitjà" i té els avantatges d'una estructura compacta i una alta eficiència.
4. Taxa de repetició més alta: destinada a millorar la relació senyal-soroll i l'eficiència d'adquisició de dades, i abordar les limitacions dels efectes de la càrrega espacial. Dues vies principals:
Tecnologia de cavitat millorada per ressonància: l'ús de cavitats ressonants d'alta precisió per millorar la potència màxima dels polsos de freqüència repetitiva a nivell de megahertz per impulsar HHG, s'ha aplicat en camps com els pintes de freqüència XUV, però la generació de polsos d'attosegons aïllats encara planteja reptes.
Alta taxa de repetició ilàser d'alta potènciaL'accionament directe, incloent OPCPA, CPA de fibra combinat amb postcompressió no lineal i oscil·lador de pel·lícula fina, ha aconseguit la generació d'impulsos d'attosegons aïllats a una freqüència de repetició de 100 kHz.