ულტრა სწრაფი ლაზერი ატოწამური მეცნიერებისთვის

ულტრა სწრაფი ლაზერიატოსეკონდული მეცნიერებისთვის
ამჟამად, ატოწამიანი იმპულსები ძირითადად მიიღება ძლიერი ველებით გამოწვეული მაღალი რიგის ჰარმონიული გენერაციის (HHG) გზით. მათი გენერაციის არსი შეიძლება გავიგოთ, როგორც ელექტრონების იონიზაცია, აჩქარება და რეკომბინაცია ძლიერი ლაზერული ელექტრული ველის მიერ ენერგიის გამოსაყოფად, რითაც გამოსხივდება ატოწამიანი XUV იმპულსები.
ამიტომ, ატოწამის გამომავალი სიგნალი უკიდურესად მგრძნობიარეა იმპულსის სიგანის, ენერგიის, ტალღის სიგრძისა და გამეორების სიჩქარის მიმართ.მამოძრავებელი ლაზერი(ულტრასწრაფი ლაზერი): უფრო მოკლე იმპულსის სიგანე სასარგებლოა ატოწამიანი იმპულსების იზოლირებისთვის, უფრო მაღალი ენერგია აუმჯობესებს იონიზაციას და ეფექტურობას, უფრო გრძელი ტალღის სიგრძე ზრდის გათიშვის ენერგიას, მაგრამ მნიშვნელოვნად ამცირებს გარდაქმნის ეფექტურობას, ხოლო უფრო მაღალი გამეორების სიხშირე აუმჯობესებს სიგნალ-ხმაურის თანაფარდობას, მაგრამ შემოიფარგლება ერთი იმპულსის ენერგიით. სხვადასხვა გამოყენება (როგორიცაა ელექტრონული მიკროსკოპია, რენტგენის შთანთქმის სპექტროსკოპია, დამთხვევების დათვლა და ა.შ.) განსხვავებულ აქცენტს აკეთებს ატოწამიანი იმპულსის ინდექსზე, რაც ლაზერების მართვის დიფერენცირებულ და ყოვლისმომცველ მოთხოვნებს აყენებს. მართვის ლაზერების მუშაობის გაუმჯობესება გადამწყვეტია ატოწამიან მეცნიერებაში გამოსაყენებლად.

ოთხი ძირითადი ტექნოლოგიური გზა ლაზერების მართვის ეფექტურობის გასაუმჯობესებლად (ულტრა სწრაფი ლაზერი)
1. უფრო მაღალი ენერგია: შექმნილია HHG-ის დაბალი გარდაქმნის ეფექტურობის დასაძლევად და მაღალი გამტარუნარიანობის ატოწამიანი იმპულსების მისაღებად. ტექნოლოგიური ევოლუცია ტრადიციული ჭიკჭიკებული იმპულსური გაძლიერებიდან (CPA) ოპტიკურ პარამეტრულ გაძლიერების ოჯახზე გადავიდა, რომელიც მოიცავს ოპტიკურ პარამეტრულ ჭიკჭიკებულ იმპულსურ გაძლიერებას (OPCPA), ორმაგ ჭიკჭიკებულ OPA-ს (DC-OPA), სიხშირის დომენის OPA-ს (FOPA) და კვაზიფაზური შესაბამისობის OPCPA-ს (QPCPA). კოჰერენტული სხივური სინთეზის (CBC) და იმპულსის გაყოფის გაძლიერების (DPA) სინთეზის ტექნიკის შემდგომი გაერთიანებით, ერთარხიანი გამაძლიერებლების ფიზიკური შეზღუდვების დასაძლევად, როგორიცაა თერმული ეფექტები და არაწრფივი დაზიანება, და ჯოულის დონის ენერგიის გამომუშავების მისაღწევად.
2. უფრო მოკლე იმპულსის სიგანე: შექმნილია იზოლირებული ატოწამიანი იმპულსების გენერირებისთვის, რომლებიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტრონული დინამიკის ანალიზისთვის, რაც მოითხოვს მცირე ან თუნდაც ქვეპერიოდულ მამოძრავებელ იმპულსებს და სტაბილურ მატარებლის გარსის ფაზას (CEP). ძირითადი ტექნოლოგიები მოიცავს არაწრფივი პოსტკომპრესიული ტექნიკის გამოყენებას, როგორიცაა ღრუ ბირთვიანი ბოჭკო (HCF), მრავალთხელი აპკი (MPSC) და მრავალარხიანი ღრუ (MPC), იმპულსის სიგანის უკიდურესად მოკლე სიგრძემდე შესაკუმშად. CEP სტაბილურობა იზომება f-2f ინტერფერომეტრის გამოყენებით და მიიღწევა აქტიური უკუკავშირის/წინა უკუკავშირის (როგორიცაა AOFS, AOPDF) ან პასიური სრულიად ოპტიკური თვითსტაბილიზაციის მექანიზმებით, რომლებიც დაფუძნებულია სიხშირის სხვაობის პროცესებზე.
3. უფრო გრძელი ტალღის სიგრძე: შექმნილია ბიომოლეკულების გამოსახულების მისაღებად ატოწამიანი ფოტონის ენერგიის „წყლის ფანჯრის“ ზოლში გადასაცემად. სამი ძირითადი ტექნოლოგიური გზაა:
ოპტიკური პარამეტრული ამპლიფიკაცია (OPA) და მისი კასკადი: ეს არის მეინსტრიმული ხსნარი 1-5 μ m ტალღის სიგრძის დიაპაზონში, რომელიც იყენებს კრისტალებს, როგორიცაა BiBO4 და MgO: LN; > 5 μ m ტალღის სიგრძის დიაპაზონისთვის საჭიროა ისეთი კრისტალები, როგორიცაა ZGP და LiGaS₂.
დიფერენციალური სიხშირის გენერაცია (DFG) და ინტრა პულსური დიფერენციალური სიხშირე (IPDFG): შეუძლია უზრუნველყოს სათესლე წყაროების პასიური CEP სტაბილურობა.
პირდაპირი ლაზერული ტექნოლოგია, როგორიცაა Cr: ZnS/Se გარდამავალი ლითონებით დოპირებული ქალკოგენიდური ლაზერები, ცნობილია როგორც „შუა ინფრაწითელი ტიტანის საფირონი“ და ხასიათდება კომპაქტური სტრუქტურისა და მაღალი ეფექტურობის უპირატესობებით.
4. გამეორების უფრო მაღალი სიხშირე: მიზნად ისახავს სიგნალ-ხმაურის თანაფარდობისა და მონაცემთა შეგროვების ეფექტურობის გაუმჯობესებას და სივრცითი მუხტის ეფექტების შეზღუდვების მოგვარებას. ორი ძირითადი გზა:
რეზონანსით გაძლიერებული ღრუების ტექნოლოგია: მაღალი სიზუსტის რეზონანსული ღრუების გამოყენება მეგაჰერცული დონის განმეორებადი სიხშირის იმპულსების პიკური სიმძლავრის გასაძლიერებლად HHG-ის სამართავად, გამოიყენება ისეთ სფეროებში, როგორიცაა XUV სიხშირის სავარცხლები, თუმცა იზოლირებული ატოწამიანი იმპულსების გენერირება კვლავ სირთულეებს წარმოადგენს.
მაღალი გამეორების მაჩვენებელი დამაღალი სიმძლავრის ლაზერიპირდაპირი ამძრავი, მათ შორის OPCPA, ბოჭკოვანი CPA არაწრფივ პოსტკომპრესიასთან და თხელფირიან ოსცილატორთან ერთად, აღწევს იზოლირებულ ატოწამიან იმპულსების გენერირებას 100 kHz გამეორების სიხშირით.