שנה את מהירות הפולס של הלייזר האולטרה-קצר והחזק במיוחד

שנה את מהירות הדופק שללייזר אולטרה-קצר חזק במיוחד

לייזרים סופר-אולטרה-קצרים מתייחסים בדרך כלל לפולסי לייזר עם רוחב פולסים של עשרות ומאות פמטו-שניות, הספק שיא של טרה-וואט ופטה-וואט, ועוצמת האור הממוקדת שלהם עולה על 1018 וואט/סמ"ר. לייזר סופר-אולטרה-קצר, מקור קרינת העל ומקור החלקיקים בעלי האנרגיה הגבוהה שנוצר ממנו, בעלי ערך שימושי רחב בכיוונים רבים של מחקר בסיסי, כגון פיזיקת אנרגיה גבוהה, פיזיקת חלקיקים, פיזיקת פלזמה, פיזיקה גרעינית ואסטרופיזיקה. תוצאות המחקר המדעי יכולות לשרת את תעשיות ההיי-טק הרלוונטיות, בריאות הרפואה, אנרגיה סביבתית וביטחון הביטחון הלאומי. מאז המצאת טכנולוגיית הגברת הפולסים המצויצים בשנת 1985, הופעתה של הלייזר הראשון בעולם, ה...לייזרבשנת 1996 והשלמת הלייזר הראשון בעולם בעל 10 פעימות וואט בשנת 2017, המוקד של לייזר סופר-אולטרה-קצר בעבר היה בעיקר השגת "האור העז ביותר". בשנים האחרונות, מחקרים הראו כי בתנאי שמירה על פולסי לייזר סופר, אם ניתן לשלוט במהירות העברת הפולסים של לייזר סופר-אולטרה-קצר, זה עשוי להביא לתוצאה כפולה בחצי מהמאמץ ביישומים פיזיקליים מסוימים, מה שצפוי להפחית את היקף הלייזר הסופר-אולטרה-קצר.מכשירי לייזר, אך לשפר את השפעתו בניסויי פיזיקה של לייזר בשדה גבוה.

עיוות חזית הפולס של לייזר אולטרה-קצר חזק במיוחד
על מנת להשיג את הספק השיא תחת אנרגיה מוגבלת, רוחב הפולס מצטמצם ל-20~30 פמטו-שניות על ידי הגדלת רוחב הפס של ההגבר. אנרגיית הפולס של הלייזר הקצר במיוחד של 10 וואט הנוכחי היא כ-300 ג'אול, וסף הנזק הנמוך של סריג המדחס הופך את צמצם הקרן לגדול בדרך כלל מ-300 מ"מ. קרן הפולס עם רוחב פולס של 20~30 פמטו-שניות וצמצם של 300 מ"מ נוטה לשאת בקלות את עיוות הצימוד המרחבי-זמני, במיוחד את העיוות של חזית הפולס. איור 1 (א) מציג את ההפרדה המרחבית-זמנית של חזית הפולס וחזית הפאזה הנגרמת על ידי פיזור תפקידי הקרן, והראשון מציג "הטיה מרחבית-זמנית" יחסית לאחרון. השני הוא "עקמומיות מרחב-זמן" מורכבת יותר הנגרמת על ידי מערכת העדשות. איור 1 (ב) מציג את ההשפעות של חזית פולס אידיאלית, חזית פולס נוטה וחזית פולס כפופה על העיוות המרחבי-זמני של שדה האור על המטרה. כתוצאה מכך, עוצמת האור הממוקדת מופחתת במידה ניכרת, דבר שאינו תורם ליישום שדה חזק של לייזר קצר במיוחד.

איור 1 (א) נטיית חזית הפעימה הנגרמת על ידי המנסרה והסריגים, ו-(ב) השפעת עיוות חזית הפעימה על שדה האור במרחב-זמן על המטרה.

בקרת מהירות דופק חזקה במיוחדלייזר אולטרה-קארט
כיום, קרני Bessel המופקות על ידי סופרפוזיציה חרוטית של גלי מישור הראו ערך יישום בפיזיקה של לייזר בשדה גבוה. אם קרן פעימה המונחת חרוטית בעלת התפלגות חזית פעימה סימטרית צירית, אזי עוצמת המרכז הגיאומטרית של חבילת גלי הרנטגן שנוצרת, כפי שמוצג באיור 2, יכולה להיות סופרלומינלית קבועה, תת-לומינלית קבועה, סופרלומינלית מואצת ותת-לומינלית מואטת. אפילו השילוב של מראה ניתנת לעיוות ומווסת אור מרחבי מסוג פאזה יכול לייצר צורה מרחבית-זמנית שרירותית של חזית הפעימה, ולאחר מכן לייצר מהירות שידור שרירותית ניתנת לשליטה. האפקט הפיזי הנ"ל וטכנולוגיית המודולציה שלו יכולות להפוך את ה"עיוות" של חזית הפעימה ל"שליטה" של חזית הפעימה, ולאחר מכן לממש את מטרת הוויסות של מהירות השידור של לייזר אולטרה-קצר חזק במיוחד.

איור 2. פולסי האור (א) קבועים של מהירות מהאור, (ב) קבועים של תת-אור, (ג) מואצים של מהירות מהאור, ו-(ד) מאטים של תת-אור הנוצרים על ידי סופרפוזיציה ממוקמים במרכז הגיאומטרי של אזור הסופרפוזיציה.

למרות שגילוי עיוות החזית הפולסית מוקדם יותר מלייזר סופר-קצר, הוא זכה לתשומת לב רבה יחד עם פיתוחו. במשך זמן רב, הוא לא תורם להגשמת המטרה המרכזית של לייזר סופר-קצר - עוצמת אור בעלת מיקוד גבוה במיוחד, וחוקרים עבדו על דיכוי או ביטול עיוותים שונים בחזית הפולסית. כיום, כאשר "עיוות החזית הפולסית" התפתח ל"בקרת חזית הפולסית", הוא השיג את ויסות מהירות ההעברה של לייזר סופר-קצר, ומספק אמצעים והזדמנויות חדשות ליישום לייזר סופר-קצר בפיזיקה של לייזר בשדה גבוה.