Lancement d'un nouvel amplificateur laser : dépasse la limite de puissance de 10 watts !

Les lasers ultra-intenses et ultracourts ont un large éventail d'applications, notamment la physique fondamentale, la sécurité nationale, les services industriels et les soins de santé. En physique fondamentale, ces lasers sont devenus un outil puissant pour étudier la physique des lasers à champ fort, en particulier dans les sources de rayonnement laser, l'accélération des particules laser et l'électrodynamique quantique sous vide.
Du 1-beat-watt "Nova" en 1996 à l'installation laser ultra-intense ultra-courte (SULF) expérimentale de Shanghai 10-beat-watt en 2017 et au 10-beat-watt européen " Extreme Light Infrastructure-Nuclear Physics" (ELI-NP) en 2019, pic L'augmentation spectaculaire de la puissance du laser est due à un déplacement du milieu de gain des lasers à grande ouverture (du verre dopé au néodyme au titane : cristaux de saphir). Ce changement a réduit la durée d'impulsion des lasers à haute énergie d'environ 500 femtosecondes (fs) à environ 25 fs.
Cependant, les lasers ultra-intenses ultra-courts titane-saphir semblent atteindre une limite supérieure de 10 battements watts. À l'heure actuelle, pour le plan de développement de 10 pat-watts à 100 pat-watts, les chercheurs ont généralement moins d'espoir quant à la technologie d'amplification des impulsions gazouillées en titane et saphir, et visent plutôt la technologie d'amplification des impulsions gazouillées des paramètres optiques basée sur le potassium deutéré. Cristal non linéaire de phosphate de dihydrogène.
Cependant, bien que ce dernier ait de bonnes perspectives d'application, sa faible efficacité de conversion du signal de pompe et ses défauts de stabilité temporelle-spectrale-énergie posent de grands défis à la réalisation et à l'application des futurs lasers 10-100 beat-watt.
D'autre part, l'amplification d'impulsions gazouillées en titane et saphir, une technologie mature qui a déjà permis de construire un laser de 10 gigawatts en Chine et en Europe respectivement, a encore un grand potentiel dans la prochaine étape de développement des lasers ultra-intenses ultra-courts.
Titane : les cristaux de saphir sont un moyen de gain laser à large bande de niveau énergétique. Pendant le processus de gain, l'impulsion de la pompe est absorbée et une inversion du niveau d'énergie est établie entre les niveaux d'énergie supérieur et inférieur pour réaliser le stockage d'énergie. Lorsque l’impulsion du signal traverse plusieurs fois le verre saphir en titane, l’énergie stockée est extraite pour l’amplification du signal laser. Cependant, dans les lasers parasites transversaux, le bruit d'émission spontanée est amplifié le long du diamètre du cristal, consommant l'énergie stockée et réduisant l'amplification du signal laser.
Le laser parasite est un type d’opération laser indésirable qui se produit dans un dispositif laser ou amplificateur. Ce phénomène est généralement provoqué par la formation involontaire d'une cavité laser dans une partie de l'intérieur de l'appareil, provoquant une oscillation du laser à une fréquence ou un mode indésirable. La présence de lasers parasites a tendance à inhiber le fonctionnement souhaité du laser dans le dispositif, dégradant les performances du dispositif et pouvant même causer des dommages au dispositif.
Actuellement, l’ouverture maximale des glaces saphir en titane ne peut supporter que des lasers de 10 battements watts. Même avec des cristaux de saphir en titane plus grands, l'amplification laser n'est toujours pas possible car un fort laser parasite transversal croît de façon exponentielle avec l'augmentation de la taille du cristal de saphir en titane.
Quelle est la clé de la percée ?
Pour relever ce défi, les chercheurs ont adopté une approche innovante en assemblant de manière cohérente plusieurs cristaux de saphir en titane.
Selon Advanced Photonics Nexus, la méthode dépasse la limite de 10-watts des lasers ultra-intenses ultra-courts à saphir de titane actuels en augmentant efficacement le diamètre d'ouverture de l'ensemble du cristal de carrelage en saphir de titane et en tronquant le laser parasite transversal dans chaque carrelage en cristal.
Yuxin Leng, auteur correspondant de l'article et chercheur à l'Institut d'optique et de machines de précision de Shanghai, a noté : « Nous avons démontré avec succès l'amplification de l'effet laser titane/saphir en mosaïque dans une puissance de 100 térawatt (c'est-à-dire 0,1 beat-watt). Nous avons utilisé cette technique pour obtenir une amplification laser presque idéale, notamment une efficacité de conversion élevée, une énergie stable, des spectres à large bande, des impulsions courtes et de petits points focaux.
Son équipe rapporte que l’amplification laser cohérente titane: saphir constitue une méthode relativement simple et peu coûteuse pour dépasser la limite actuelle de 10 kWh. La méthode devrait améliorer les capacités expérimentales des lasers ultra-intenses ultra-courts en physique des lasers à champ fort.
"En ajoutant un amplificateur laser à haute énergie en titane et saphir carrelé cohérent 2 × 2 à l'installation expérimentale de laser ultra-intense ultra-court (SULF) de Shanghai ou à l'installation de physique nucléaire d'infrastructure de lumière extrême (ELI-NP) de l'Union européenne, la puissance du laser peut être encore augmentée des 10 battements-watts actuels à 40 battements-watts, et l'intensité maximale ciblée pourrait être augmentée d'un facteur de près de 10 ou plus.