孟買塔塔基礎(chǔ)研究所(Tata Institute of Fundamental Research)開創(chuàng)了一種全面測(cè)量超高功率、超短激光脈沖的方法。相關(guān)論文發(fā)表在《光學(xué)》(Optica)雜志上。

激光是現(xiàn)代世界的奇跡，它產(chǎn)生了人類已知的最短時(shí)間脈沖。不僅如此，它還提供了一種在極短的持續(xù)時(shí)間內(nèi)聚集大量光能的方法，從而產(chǎn)生了天文數(shù)字般的巨大“峰值”功率，其量級(jí)是全球總耗電量的數(shù)千倍。

然而，測(cè)量這些脈沖的時(shí)間形狀并非易事，雖然科學(xué)家們?cè)谶^去幾十年里已經(jīng)設(shè)計(jì)出了巧妙的方法，但仍然存在一些重大挑戰(zhàn)。

首先，短脈沖在通過介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生時(shí)間畸變。而且功率越大，這些畸變就越嚴(yán)重。

另一個(gè)主要的復(fù)雜問題與激光束本身不同點(diǎn)的脈沖時(shí)間曲線有關(guān)。通常情況下，科學(xué)家們可能不會(huì)在意光束空間范圍內(nèi)的這些變化，而是假設(shè)其具有單一的時(shí)間輪廓。

然而，光束越大和/或在介質(zhì)中穿過的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，這些扭曲就越嚴(yán)重，脈沖就會(huì)發(fā)生顯著變化。而在超高峰值功率下，必須知道光束空間范圍內(nèi)不同點(diǎn)的時(shí)間長(zhǎng)度。

TIFR 團(tuán)隊(duì)使用專門設(shè)計(jì)的儀器來測(cè)量超短激光光束中各空間點(diǎn)的時(shí)間曲線。為此，他們?cè)诠馐牟煌臻g位置同時(shí)使用了一種名為 "光譜干涉儀 "的光學(xué)技術(shù)。研究小組與瑞典于默奧大學(xué)合作開展了這項(xiàng)研究。

隨著科學(xué)界向著前所未有的激光峰值功率(數(shù)萬兆瓦)邁進(jìn)，激光束的直徑將達(dá)到幾十厘米，這種方法不僅非常有用，而且非常必要。

這些超高功率激光每隔一段時(shí)間就會(huì)發(fā)射一次脈沖--在數(shù)秒/數(shù)分鐘/數(shù)小時(shí)內(nèi)發(fā)射一次。早期的測(cè)量技術(shù)需要對(duì)多個(gè)脈沖進(jìn)行采樣，然后才能估算脈沖輪廓，非常麻煩。

TIFR 的進(jìn)步也解決了這個(gè)問題。它適用于單脈沖。

由于激光峰值功率急劇上升，普通的固體光學(xué)元件無法承受，因?yàn)樗鼈儠?huì)被電離擊穿。因此，該技術(shù)正朝著利用電離物質(zhì)或“等離子體”本身來設(shè)計(jì)這些光學(xué)元件的方向發(fā)展。而這些等離子體可能非常不穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致入射脈沖的時(shí)空剖面進(jìn)一步扭曲。TIFR 方法非常適合測(cè)量這些畸變。

所有超高峰值功率激光器的一次性解決方案?這就是我們的承諾。

審核編輯 黃宇