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英国研制出世界上最高增益的大功率激光放大器

英国斯特拉斯克莱德大学(University of Strathclyde)的研究人员成功研制出世界上最高增益的大功率激光放大器。他们利用中央激光设备Vulcan激光系统进行实验,Vulcan装置能够输出150 J的脉冲。在两次实验中,研究人员与CLF的工作人员密切合作,对Vulcan进行调整,使两束不同颜色的激光光束能够在等离子体中交换能量,实验测得的增益系数为180cm-1,是目前基于固体介质的高功率激光系统放大器的100倍。相关研究结果发表在《Scientific Reports》杂志上

斯特拉斯克莱德大学物理系的Dino Jaroszynski教授领导了该项研究,他指出:等离子体中的拉曼放大是非常吸引人的概念,该概念将诺贝尔物理学奖获得者CV拉曼的观点与等离子体,光学和激光物理学很好地结合在一起。相对较长的高能激光脉冲与短的,能量非常低的脉冲在等离子体中相撞。在其碰撞处会产生一冲击波(beat wave),和两个水波发生相撞的情况一样。冲击波的光压会驱动等离子体形成规则或梯形形状,而多层梯形图作为高反射率,随时间变化的透镜,将高能量脉冲的能量反射到低能量脉冲中,从而放大低能脉冲并将将其压缩成超短时间光脉冲。“我们的实验结果非常重要,因为这些结果证明了等离子体介质作为极高增益放大器介质的灵活性,实验结果还表明,放大器的效率可以很大,至少可以到10%,这是前所未有的,而且还有很大的提升可能。

当然,目前的实验结果也显示,仍然有必要进一步对其研究,以期实现单级高增益高效率放大器模块。“例如,我们目前仍然面临的挑战之一是如何处理由随机等离子体波动产生的”噪声“的放大,由于增益极高,这一现象会加剧。这会导致的能量损耗。相关研究正在进行,相信在下一个实验中能够很好地解决这些问题”。

领导该研究团队的Gregory Vieux博士指出:等离子体是一种完全分解的介质,因此它没有损伤阈值,因此可以不经过脉冲展宽后再压缩手段来放大短激光脉冲。另一个优点是在放大期间实现进一步压缩在理论上是可能的,这可能为下一代激光系统的发展铺平道路,新一代的激光系统将能够输出超强和超短脉冲,但成本仅为现有激光器的一小部分。

“然而,我们还不能完全确定,该方案依赖于对拉曼不稳定性的控制,其增长因子很大,很小的等离子体波动就能引发大的不稳定性,” Gregory Vieux说。

 
脚注信息
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