تغيير سرعة النبضليزر فائق القوة قصير المدى
تشير الليزرات فائقة القصر عمومًا إلى نبضات ليزر بعرض نبضات عشرات ومئات الفيمتوثانية، وطاقة ذروة تتراوح بين التيراواط والبيتاوات، وتتجاوز شدة ضوءها المركز 1018 واط/سم². لليزر فائق القصر، ومصدر الإشعاع الفائق الناتج عنه، ومصدر الجسيمات عالية الطاقة، تطبيقات واسعة النطاق في العديد من مجالات البحث الأساسية، مثل فيزياء الطاقة العالية، وفيزياء الجسيمات، وفيزياء البلازما، والفيزياء النووية، والفيزياء الفلكية. ويمكن لنتائج البحث العلمي أن تخدم الصناعات ذات التقنية العالية ذات الصلة، والصحة الطبية، والطاقة البيئية، وأمن الدفاع الوطني. منذ اختراع تقنية تضخيم النبضات المترددة عام 1985، ظهر أول جهاز تضخيم نبضي في العالم.الليزرفي عام ١٩٩٦، ومع اكتمال أول ليزر في العالم بقوة ١٠ واط في عام ٢٠١٧، كان التركيز الأساسي لليزر فائق القصر في الماضي هو تحقيق "أقصى شدة ضوء". في السنوات الأخيرة، أظهرت الدراسات أنه في ظل الحفاظ على نبضات الليزر الفائقة، إذا أمكن التحكم في سرعة نقل نبضات الليزر فائق القصر، فقد يُحقق ضعف النتيجة بنصف الجهد في بعض التطبيقات الفيزيائية، مما يُتوقع أن يُقلل من نطاق الليزر فائق القصر.أجهزة الليزر، ولكن تحسين تأثيره في تجارب فيزياء الليزر عالية المجال.
تشويه مقدمة النبضة لليزر فائق القوة فائق القصر
للحصول على أقصى طاقة عند طاقة محدودة، يُقلل عرض النبضة إلى 20~30 فمتوثانية عن طريق زيادة عرض نطاق الكسب. تبلغ طاقة نبضة الليزر فائق القصر الحالي بقوة 10 وات حوالي 300 جول، كما أن عتبة الضرر المنخفضة لشبكة الضاغط تجعل فتحة الشعاع أكبر عمومًا من 300 مم. يسهل على شعاع النبضة بعرض نبضة يتراوح بين 20~30 فمتوثانية وفتحة 300 مم تحمل تشوه الاقتران الزماني المكاني، وخاصة تشوه مقدمة النبضة. يوضح الشكل 1 (أ) الفصل الزماني المكاني لجبهة النبضة وجبهة الطور الناتج عن تشتت دور الشعاع، ويُظهر الأول "ميلًا زمانيًا مكانيًا" بالنسبة للأخير. أما الآخر فهو "انحناء الزمكان" الأكثر تعقيدًا الناتج عن نظام العدسات. الشكل. يوضح الشكل 1 (ب) تأثير كلٍّ من جبهة النبضة المثالية، وجبهة النبضة المائلة، وجبهة النبضة المنحنية على التشوه المكاني والزماني لمجال الضوء على الهدف. ونتيجةً لذلك، تنخفض شدة الضوء المُركّز بشكل كبير، مما لا يُساعد على تطبيق مجال قوي لليزر فائق القصر.
الشكل 1 (أ) إمالة مقدمة النبضة الناتجة عن المنشور والشبكة، و(ب) تأثير تشوه مقدمة النبضة على مجال الضوء المكاني الزمني على الهدف
التحكم في سرعة النبضة للقوة الفائقةليزر فائق القصر
حاليًا، تُظهر أشعة بيسل المُنتجة من تراكب مخروطي للموجات المستوية قيمة تطبيقية في فيزياء الليزر عالي المجال. إذا كان لشعاع نبضي متراكب مخروطي توزيع أمامي نبضي متماثل المحور، فإن شدة المركز الهندسي لحزمة موجات الأشعة السينية المُولّدة، كما هو موضح في الشكل 2، يمكن أن تكون ثابتة فوق السطوع، ثابتة تحت السطوع، متسارعة فوق السطوع، ومتباطئة تحت السطوع. حتى الجمع بين المرآة القابلة للتشوه ومُعدِّل الضوء المكاني من نوع الطور يُمكن أن يُنتج شكلًا مكانيًا-زمانيًا عشوائيًا لجبهة النبضة، ومن ثم يُنتج سرعة إرسال قابلة للتحكم. يُمكن للتأثير الفيزيائي المذكور أعلاه وتقنية التعديل الخاصة به تحويل "تشويه" جبهة النبضة إلى "تحكم" بها، ومن ثم تحقيق الغرض من تعديل سرعة إرسال ليزر فائق القوة وفائق القصر.
الشكل 2. تقع نبضات الضوء (أ) الأسرع من الضوء الثابتة، و(ب) دون الضوء الثابت، و(ج) الأسرع من الضوء المتسارعة، و(د) دون الضوء المتباطئة الناتجة عن التراكب في المركز الهندسي لمنطقة التراكب.
على الرغم من أن اكتشاف تشوه جبهة النبضة يسبق اكتشاف الليزر فائق القصر، إلا أنه حظي باهتمام واسع بالتزامن مع تطويره. ولفترة طويلة، لم يُسهم هذا التشوه في تحقيق الهدف الأساسي لليزر فائق القصر، ألا وهو تركيز شدة الضوء بشكل فائق، وقد عمل الباحثون على كبح أو إزالة التشوهات المختلفة في جبهة النبضة. واليوم، مع تطور "تشوه جبهة النبضة" إلى "التحكم في جبهة النبضة"، تم تنظيم سرعة انتقال الليزر فائق القصر، مما يوفر وسائل وفرصًا جديدة لتطبيق الليزر فائق القصر في فيزياء الليزر عالي المجال.
وقت النشر: ١٣ مايو ٢٠٢٤