En CPA, la bomba amplifica la señal a través de un sistema medio de ganancia de nivel de energía en el que una de las transiciones no es radiativa. Este tipo de amplificación láser tiene una alta eficiencia de la bomba a la señal y un ancho de banda de ganancia relativamente estrecho. En OPCPA, la bomba amplifica la señal a través de la interacción paramétrica y genera simultáneamente la onda inactiva. OPCPA puede ser de banda ancha mediante la manipulación de la condición de coincidencia de fase, pero adolece de una eficiencia relativamente baja debido a la conversión inversa. QPCPA es una variación de OPCPA al disipar el rodillo con una fuerte absorción de cristal. La disipación inactiva obstruye el efecto de conversión inversa y permite una alta eficiencia y un gran ancho de banda. Crédito:Jingui Ma y otros
Desde la primera demostración de la amplificación de pulso chirriado (CPA) y la amplificación de pulso chirrido paramétrica óptica (OPCPA), los láseres de femtosegundo han sido capaces de entregar potencias máximas ultra altas de hasta diez petavatios (PW), allanando así el camino para los aceleradores de partículas compactos. y fuentes de rayos X.
Para aumentar aún más las potencias máximas, se necesitan esquemas de amplificación láser con alta eficiencia de conversión y gran ancho de banda. Sin embargo, los amplificadores láser CPA tienen un ancho de banda de ganancia relativamente estrecho, mientras que los OPCPA tienen una eficiencia de señal relativamente baja o agotamiento de la bomba debido a la conversión inversa.
En un nuevo artículo publicado en Light:Science &Applications , un equipo de científicos, dirigido por la profesora Liejia Qian del Laboratorio Clave para Plasmas Láser (MOE), Escuela de Física y Astronomía, Universidad Jiao Tong de Shanghái, China, y sus colaboradores han demostrado un esquema de ultra alta eficiencia y bajo ruido de Amplificación cuasi-paramétrica de pulso chirrido (QPCPA), que es una variación de OPCPA al disipar la rueda loca con una fuerte absorción de cristal.
La disipación inactiva obstruye el efecto de conversión inversa y permite el rendimiento de QPCPA de alta eficiencia, gran ancho de banda y robustez contra el desajuste de fase. Demostraron experimentalmente una eficiencia energética del 56 % para una señal de 810 nm convertida a partir de una bomba de 532 nm, o lo que es lo mismo, un agotamiento de la bomba del 85 %. Tal agotamiento récord suprimió en gran medida el ruido de superfluorescencia paramétrica (PSF) en QPCPA a solo ~10 -6 con respecto a la energía de la señal amplificada.
En su experimento, se usó un cristal Sm:YCOB de 8 cm con la orientación para el coeficiente no lineal maximizado, que era transparente tanto para la bomba como para la señal, pero opaco para la rueda loca. Bajo una intensidad de bombeo de 3 GW cm −2 , la eficiencia de señal más alta del 56 % se logró con una intensidad de semilla de ~7 MW cm −2 , correspondiente a un agotamiento de la bomba del 85%.
El agotamiento de la bomba de QPCPA demostrado fue aproximadamente 2,5 veces mayor que el de OPCPA. El fuerte agotamiento de la bomba por amplificación de señal eficiente suprimió significativamente la generación de ruido PSF. Dentro de la salida de señal más grande de ~65 mJ, la energía de ruido PSF medida fue tan baja como ~10 μJ. El contraste del pulso después de la compresión debe ser tan alto como ~10 9 .
a, Esquema del esquema QPCPA. La bomba a 532 nm amplifica la señal a 810 nm y simultáneamente genera la rueda loca a 1550 nm. La rueda loca generada tiene una absorción por parte de los iones de tierras raras dopados Sm³⁺. b, Eficiencia de bombeo a señal y agotamiento de bombeo versus intensidad de semilla bajo una intensidad de bombeo de ~3 GW cm⁻². c, Perfiles de pulso de la bomba (negro), señal amplificada a intensidades de semilla de 7 MW cm⁻² (rojo sólido, punto Ⅰ marcado en b) y 2,5 W cm⁻² (rojo discontinuo, punto Ⅱ marcado en b). El área sombreada muestra el perfil de pulso chirp (espectro) de la semilla de la señal. El chirrido de la señal es de 40 ps nm⁻¹. d, Evolución de la energía de superfluorescencia paramétrica (PSF) (cuadrados y círculos negros) y ganancia de señal pequeña probada (círculos azules). Crédito:Jingui Ma y otros
El profesor Ma, el primer autor, explicó por qué llamaron amplificación "cuasi-paramétrica" a tal proceso:"El proceso QPCPA es muy interesante. En el régimen de amplificación saturada, su eficiencia sigue aumentando con la intensidad de la semilla sin ninguna conversión inversa, bastante similar a la amplificación láser 'no paramétrica'. Sin embargo, en el régimen de amplificación de pequeña señal, hereda todos los comportamientos paramétricos de OPCPA. QPCPA combina las ventajas de los procesos paramétricos y no paramétricos".
"Dado que el efecto de conversión inversa está completamente obstruido, el QPCPA también es robusto contra el desajuste de fase. Esto significa que el QPCPA es insensible a la variación de la orientación del haz de la bomba y la temperatura ambiental. Esto beneficia la operación de alta tasa de repetición del QPCPA". añadió.
"Con su gran producto de eficiencia y ancho de banda, el esquema QPCPA basado en un cristal Sm:YCOB de gran tamaño puede admitir una potencia máxima de hasta 50 PW utilizando la misma energía de bombeo de las instalaciones láser actuales de diez petavatios, por lo que QPCPA puede ser un candidato calificado para impulsar los láseres ultraintensos más allá del límite actual de diez petavatios", dijo el profesor Ma. La mayor amplificación en diminutos dispositivos a nanoescala
