Institutul de mecanică optică din Shanghai face noi progrese în generarea de impulsuri Terawatt Vortex

Recent, Laboratorul cheie de stat de fizică cu laser cu câmp puternic de la Institutul de optică și mașini de precizie din Shanghai (SIPM) al Academiei Chineze de Științe (CAS) a făcut noi progrese în generarea de impulsuri de vortex infraroșu cu unde scurte la scară de terawatt. Echipa de cercetare a combinat o nouă tehnică de modulare a câmpului optic cu amplificarea optică parametrică a pulsului (OPCPA) pentru a realiza ieșirea laser vortex de înaltă energie. Pe baza tehnicii de compresie post-puls neliniară cu peliculă subțire în cascadă, ieșirea impulsurilor vortex în infraroșu cu unde scurte la scara perioadei terawatt a fost realizată pentru prima dată. Rezultatele aferente au fost publicate sub numele de „Laser vortex infraroșu cu undă scurtă de tip Terawatt-Class Few-Cycle” în Ultrafast Science.
Lumina vortex este un fascicul structurat spațial cu un front de undă elicoidal, care a fost utilizat pe scară largă în informații cuantice, microscopie de super-rezoluție și pensete optice datorită distribuției sale toroidale a intensității spațiale și caracteristicii sale de a transporta momentul unghiular orbital. În plus, cuplarea momentului unghiular orbital în lasere ultrascurte ultraintense poate oferi un suport tehnic puternic și mijloace experimentale noi pentru fizica câmpului puternic al vortexului și fenomenelor vortex neliniare. Laserele vortex la scară de perioadă de intensitate mare au o gamă largă de aplicații în conducerea fasciculelor de particule vortex și a radiațiilor secundare (de exemplu, vortexuri optice izolate de atosecundă, vortexuri terahertzi). Cu toate acestea, generarea de impulsuri vortex ultrascurte de mare intensitate este încă în stadiul de explorare din cauza dificultății de a menține structura de fază de vortex pentru amplificarea și compresia cu laser.

Fig. 1 Configurare experimentală

Fig. 2 (a, c, e) Hărți de puncte vortex de ordinul întâi, al doilea și al treilea ale ieșirii amplificate a OPCPA; (b, d, f) Benzi focale ale lentilei de coloană ale fasciculului vortex.
În acest studiu, cercetătorii au realizat o ieșire laser vortex de înaltă energie de 1,45 μm combinând modularea fazei spațiale cu tehnica OPCPA și au verificat stabilitatea transmisiei laserului vortex de ieșire în spațiu. Pe baza tehnicii de compresie post-puls în peliculă subțire în cascadă, se realizează pentru prima dată o ieșire a impulsului de vortex în infraroșu cu unde scurte la scară de terawatt, la scară de perioadă, de 13,7 mJ/10,59 fs, fără a distruge structura fazei vortexului. Acest program poate oferi suport tehnic pentru fenomenele vortex neliniare și poate oferi o bază pentru studiul fizicii momentului unghiular orbital ultrarapid.

Fig. 3 Măsurarea în domeniul timpului a pulsului de vortex comprimat