Nýr leysimagnari kominn á markað: rýfur afltakmörkin upp á 10 slög vött!

Ofur-ákafur ultrashort leysir hafa mikið úrval af forritum, þar á meðal grunn eðlisfræði, þjóðaröryggi, iðnaðarþjónustu og heilsugæslu. Í grundvallareðlisfræði hafa slíkir leysir orðið öflugt tæki til að rannsaka sterksviðs leysieðlisfræði, sérstaklega í leysidrifnum geislunargjöfum, leysikornahröðun og lofttæmiskammtafræði.
Frá 1-beat-watt "Nova" árið 1996 til 10-beat-watt Shanghai Experimental Ultra-intense Ultrashort Laser Facility (SULF) árið 2017 og 10-beat-watt European " Extreme Light Infrastructure-Nuclear Physics" (ELI-NP) árið 2019, hámark. Stórkostleg aukning á leysirafli er vegna breytinga á ávinningsmiðli leysira með stórum ljósopi (frá neodymium-dópuðu gleri yfir í títan:safírkristalla). Þessi breyting minnkaði púlslengd háorkuleysis úr um 500 femtósekúndum (fs) í um 25 fs.
Hins vegar virðast títan-safír öfgafullir ultrashort leysir fara upp í efri mörk 10 slög vött. Sem stendur, fyrir þróunaráætlunina 10 pat-wött til 100 pat-wött, eru vísindamenn almennt minna vongóðir um títan safír chirped-púls mögnunartækni, og miða þess í stað að sjónbreytu chirped-púls mögnunartækni sem byggir á deuterated kalíum tvívetnisfosfat ólínulegur kristal.
Hins vegar, þó að hið síðarnefnda hafi góðar umsóknarhorfur, þá leiða lágt dælumerki umbreytingarskilvirkni þess og annmarkar á stöðugleika í tíma-litrófsorku miklum áskorunum við framkvæmd og beitingu framtíðar 10-100 slög-watta leysigeisla.
Á hinn bóginn, títan safír chirped púls mögnun, þroskuð tækni sem hefur þegar byggt einn 10 gígavatta leysir í Kína og Evrópu, í sömu röð, hefur enn mikla möguleika á næsta stigi þróunar ofur-ákafur ultrashort leysir.
Títan: Safírkristallar eru orkustig breiðbands leysigeislar. Meðan á ávinningsferlinu stendur frásogast dælupúlsinn og orkustigssnúning er komið á milli efra og neðra orkustigs til að ná fram orkugeymslu. Þegar merkipúlsinn fer nokkrum sinnum í gegnum títansafírkristallinn er geymd orka dregin út fyrir leysimerkjamögnun. Hins vegar, í þverlægum sníkjuleysistækjum, er sjálfsprottinn losunarhávaði magnaður meðfram kristalþvermáli, eyðir geymdri orku og dregur úr merkjaleysismögnun.
Parasitic Lasing er tegund af óæskilegum leysiaðgerðum sem eiga sér stað í leysi- eða magnarabúnaði. Þetta fyrirbæri stafar venjulega af óviljandi myndun leysihola í einhverjum hluta innra hluta tækisins, sem veldur því að leysirinn sveiflast á óæskilegri tíðni eða ham. Tilvist sníkjulasara hefur tilhneigingu til að hindra æskilega leysiaðgerð í tækinu, skerða afköst tækisins og jafnvel valda skemmdum á tækinu.
Eins og er getur hámarks ljósop títansafírkristalla aðeins stutt leysir upp á 10 slög vött. Jafnvel með stærri títansafírkristalla er lasermögnun enn ekki möguleg vegna þess að sterk þverskips sníkjulasing vex veldishraða með vaxandi títansafírkristallastærð.
Hver er lykillinn að byltingunni?
Til að takast á við þessa áskorun tóku vísindamennirnir nýstárlega nálgun með því að leggja saman marga títansafírkristalla saman.
Samkvæmt Advanced Photonics Nexus, brýtur aðferðin í gegnum 10-tap-watta mörk núverandi títansafírs ofursterkra ultrashort leysigeisla með því að auka á áhrifaríkan hátt ljósopsþvermál alls títansafírflísarkristallsins og stytta þverlæga sníkjulasinginn innan hvers flísalagt kristal.
Yuxin Leng, samsvarandi höfundur greinarinnar og rannsakandi við Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery, sagði: „Við höfum sýnt fram á mögnun flísalagðs títan:safírs í 100 terawatt (þ.e. 0,1) beat-watt) leysikerfi. Við notuðum þessa tækni til að ná nær fullkominni leysismögnun, þar á meðal mikilli umbreytingarnýtni, stöðugri orku, breiðbandsróf, stuttum púlsum og litlum brennidepli."
Lið hans greinir frá því að samfelld flísalögð títan:safír leysir mögnun veitir tiltölulega einfalda og ódýra aðferð til að fara yfir núverandi mörk 10 kWh. Gert er ráð fyrir að aðferðin bæti tilraunagetu öfgafullra ultrastuttra leysigeisla í eðlisfræði með sterkum sviðum leysigeisla.
„Með því að bæta 2×2 samfelldum flísum títan:safír háorku leysimagnara við Shanghai Experimental Ultra-intense Ultrashort Laser Facility (SULF) eða Extreme Light Infrastructure-Nuclear Physics (ELI-NP) aðstöðu Evrópusambandsins, leysiraflið. Hægt er að auka enn frekar úr núverandi 10 slögvöttum í 40 slögvött og hægt væri að auka hámarksstyrkinn um nærri 10 eða meira."