L'Institut de mécanique optique de Shanghai réalise de nouveaux progrès dans la génération d'impulsions vortex térawatts

Récemment, le Laboratoire clé d'État de physique des lasers à champ fort de l'Institut d'optique et de machines de précision de Shanghai (SIPM) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a réalisé de nouveaux progrès dans la génération d'impulsions de vortex infrarouge à ondes courtes à l'échelle d'une période de térawatts. L’équipe de recherche a combiné une nouvelle technique de modulation de champ optique avec une amplification d’impulsions chirpées paramétriques optiques (OPCPA) pour obtenir une sortie laser vortex à haute énergie. Basé sur la technique de compression post-impulsion non linéaire en couches minces en cascade, la production d'impulsions de vortex infrarouges à ondes courtes à l'échelle de la période du térawatt a été réalisée pour la première fois. Les résultats associés ont été publiés sous le titre « Laser à vortex infrarouge à ondes courtes à quelques cycles de classe Terawatt » dans Ultrafast Science.
La lumière vortex est un faisceau structuré spatialement avec un front d'onde hélicoïdal, qui a été largement utilisé dans l'information quantique, la microscopie à super-résolution et les pincettes optiques en raison de sa distribution d'intensité spatiale toroïdale et de sa caractéristique de transport du moment cinétique orbital. De plus, le couplage du moment cinétique orbital dans des lasers ultra-intenses et ultra-courts peut fournir un support technique puissant et de tout nouveaux moyens expérimentaux pour la physique des champs forts des vortex et les phénomènes de vortex non linéaires. Les lasers vortex d'échelle de période de haute intensité ont une large gamme d'applications dans la conduite de faisceaux de particules vortex et de rayonnement secondaire (par exemple, vortex optiques attosecondes isolés, vortex térahertz). Cependant, la génération d’impulsions vortex ultracourtes de haute intensité en est encore au stade exploratoire en raison de la difficulté de maintenir la structure de phase vortex pour l’amplification et la compression laser.

Fig. 1 Configuration expérimentale

Fig. 2 (a, c, e) Cartes de points de vortex de premier, deuxième et troisième ordre de la sortie amplifiée de l'OPCPA ; (b, d, f) Bandes focales de lentille de colonne du faisceau vortex.
Dans cette étude, les chercheurs ont réalisé une sortie laser vortex à haute énergie de 1,45 μm en combinant la modulation de phase spatiale avec la technique OPCPA et ont vérifié la stabilité de transmission du laser vortex de sortie dans l'espace. Basé sur la technique de compression post-impulsion en couches minces en cascade, une sortie d'impulsion de vortex infrarouge à ondes courtes à l'échelle du térawatt de 13,7 mJ/10,59 fs est réalisée pour la première fois sans détruire la structure de phase du vortex. Ce programme peut fournir un support technique aux phénomènes de vortex non linéaires et fournir une base pour l'étude de la physique du moment cinétique orbital ultrarapide.

Fig. 3 Mesure dans le domaine temporel d'une impulsion de vortex compressée