Шанхайський інститут оптичної механіки досяг нового прогресу в генерації тераватних вихрових імпульсів

Нещодавно Державна ключова лабораторія фізики лазерів сильного поля Шанхайського інституту оптики та точного машинобудування (SIPM) Китайської академії наук (CAS) досягла нового прогресу в генерації короткохвильових інфрачервоних вихрових імпульсів тераватного періоду. Дослідницька група об’єднала нову техніку модуляції оптичного поля з оптичним параметричним підсиленням чирпованих імпульсів (OPCPA), щоб реалізувати вихід високоенергетичного вихрового лазера. На основі каскадної тонкоплівкової нелінійної техніки постімпульсного стиснення вперше було реалізовано вихід короткохвильових інфрачервоних вихрових імпульсів у масштабі тераватного періоду. Відповідні результати були опубліковані як «Кількохвильовий короткохвильовий інфрачервоний вихровий лазер тераватного класу» в Ultrafast Science.
Вихрове світло — це просторово структурований промінь зі спіральним хвильовим фронтом, який широко використовується в квантовій інформації, мікроскопії з високою роздільною здатністю та оптичним пінцетом завдяки його тороїдальному просторовому розподілу інтенсивності та його характеристиці переносу орбітального кутового моменту. Крім того, поєднання орбітального кутового моменту в надінтенсивних ультракоротких лазерах може забезпечити потужну технічну підтримку та абсолютно нові експериментальні засоби для фізики сильного поля вихру та нелінійних вихрових явищ. Вихрові лазери високоінтенсивного масштабу періоду мають широкий спектр застосувань для керування вихровими пучками частинок і вторинним випромінюванням (наприклад, ізольовані аттосекундні оптичні вихори, терагерцові вихори). Однак генерація ультракоротких вихрових імпульсів високої інтенсивності все ще знаходиться на дослідницькій стадії через труднощі у підтримці вихрової фазової структури для лазерного підсилення та стиснення.

Рис. 1 Експериментальна установка

Рис. 2 (a, c, e) Карти вихрових плям першого, другого та третього порядку посиленого вихідного сигналу OPCPA; (б, г, е) фокальні смуги стовпчастої лінзи вихрового променя.
У цьому дослідженні дослідники реалізували вихід високоенергетичного вихрового лазера 1,45 мкм шляхом поєднання просторової фазової модуляції з технікою OPCPA та перевірили стабільність передачі вихідного вихрового лазера в просторі. На основі методу каскадного тонкоплівкового пост-імпульсного стиснення вперше реалізовано короткохвильовий інфрачервоний вихровий імпульс 13,7 мДж/10,59 фс без руйнування фазової структури вихрового випромінювання. Ця програма може забезпечити технічну підтримку нелінійних вихрових явищ і створити основу для вивчення фізики надшвидкого орбітального кутового моменту.

Рис. 3 Вимірювання в часовій області стисненого вихрового імпульсу