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)進行實驗，Vulcan裝置能夠輸出150 J的脈沖。在兩次實驗中，研究人員與CLF的工作人員密切合作，對Vulcan進行調(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，實驗測得的增益系數(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物理系的Dino Jaroszynski教授領(lǐng)導了該項研究，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獎獲得者CV拉曼的觀點與等離子體，光學和激光物理學很好地結(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。在其碰撞處會產(chǎn)生一沖擊波(beat wave)，和兩個水波發(fā)生相撞的情況一樣。沖擊波的光壓會驅(qū)動等離子體形成規(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間光脈沖。“我們的實驗結(jié)果非常重要，因為這些結(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，實驗結(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。

 當然，目前的實驗結(jié)果也顯示，仍然有必要進一步對其研究，以期實現(xiàn)單級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等離子體波動產(chǎn)生的”噪聲“的放大，由于增益極高，這一現(xiàn)象會加劇。這會導致的能量損耗。相關(guān)研究正在進行，相信在下一個實驗中能夠很好地解決這些問題”。

  領(lǐng)導該研究團隊的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。另一個優(yōu)點是在放大期間實現(xiàn)進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就能引發(fā)大的不穩(wěn)定性，” Gregory Vieux說。