世界最高增益大功率激光放大器問世

 英國斯特拉斯克萊德大學(xué)的研究人員成功研制出世界上最高增益的大功率激光放大器。

 他們利用中央激光設(shè)備Vulcan激光系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，Vulcan裝置能夠輸出150 J的脈沖。在兩次實(shí)驗(yàn)中，研究人員與CLF的工作人員密切合作，對Vulcan進(jìn)行調(diào)整，使兩束不同顏色的激光光束能夠在等離子體中交換能量，實(shí)驗(yàn)測得的增益系數(shù)為180cm-1，是目前基于固體介質(zhì)的高功率激光系統(tǒng)放大器的100倍。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《Scientific Reports》雜志上。

 斯特拉斯克萊德大學(xué)物理系的Dino Jaroszynski教授領(lǐng)導(dǎo)了該項(xiàng)研究，他指出：等離子體中的拉曼放大是非常吸引人的概念，該概念將諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者CV拉曼的觀點(diǎn)與等離子體，光學(xué)和激光物理學(xué)很好地結(jié)合在一起。相對較長的高能激光脈沖與短的，能量非常低的脈沖在等離子體中相撞。在其碰撞處會(huì)產(chǎn)生一沖擊波(beat wave)，和兩個(gè)水波發(fā)生相撞的情況一樣。沖擊波的光壓會(huì)驅(qū)動(dòng)等離子體形成規(guī)則或梯形形狀，而多層梯形圖作為高反射率，隨時(shí)間變化的透鏡，將高能量脈沖的能量反射到低能量脈沖中，從而放大低能脈沖并將將其壓縮成超短時(shí)間光脈沖。“我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常重要，因?yàn)檫@些結(jié)果證明了等離子體介質(zhì)作為極高增益放大器介質(zhì)的靈活性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，放大器的效率可以很大，至少可以到10%，這是前所未有的，而且還有很大的提升可能。

 當(dāng)然，目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也顯示，仍然有必要進(jìn)一步對其研究，以期實(shí)現(xiàn)單級(jí)高增益高效率放大器模塊。“例如，我們目前仍然面臨的挑戰(zhàn)之一是如何處理由隨機(jī)等離子體波動(dòng)產(chǎn)生的”噪聲“的放大，由于增益極高，這一現(xiàn)象會(huì)加劇。這會(huì)導(dǎo)致的能量損耗。相關(guān)研究正在進(jìn)行，相信在下一個(gè)實(shí)驗(yàn)中能夠很好地解決這些問題”。

  領(lǐng)導(dǎo)該研究團(tuán)隊(duì)的Gregory Vieux博士指出：等離子體是一種完全分解的介質(zhì)，因此它沒有損傷閾值，因此可以不經(jīng)過脈沖展寬后再壓縮手段來放大短激光脈沖。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在放大期間實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步壓縮在理論上是可能的，這可能為下一代激光系統(tǒng)的發(fā)展鋪平道路，新一代的激光系統(tǒng)將能夠輸出超強(qiáng)和超短脈沖，但成本僅為現(xiàn)有激光器的一小部分。

 “然而，我們還不能完全確定，該方案依賴于對拉曼不穩(wěn)定性的控制，其增長因子很大，很小的等離子體波動(dòng)就能引發(fā)大的不穩(wěn)定性，” Gregory Vieux說。