قم بتغيير سرعة نبضات الليزر فائق القوة فائق القصر

قم بتغيير سرعة نبضاتليزر فائق القوة وقصير للغاية

تشير الليزرات فائقة القصر عمومًا إلى نبضات ليزرية بعرض يتراوح بين عشرات ومئات الفيمتوثانية، وقدرة ذروة تبلغ تيراواط وبيتاواط، وكثافة ضوئية مركزة تتجاوز 1018 واط/سم². تتمتع هذه الليزرات، بالإضافة إلى مصادر الإشعاع الفائق ومصادر الجسيمات عالية الطاقة الناتجة عنها، بنطاق واسع من التطبيقات في العديد من مجالات البحث الأساسية، مثل فيزياء الطاقة العالية، وفيزياء الجسيمات، وفيزياء البلازما، والفيزياء النووية، والفيزياء الفلكية. ويمكن أن تخدم نتائج البحث العلمي الناتجة عنها الصناعات التقنية المتقدمة ذات الصلة، والقطاعات الصحية، والطاقة البيئية، والأمن القومي. منذ اختراع تقنية تضخيم النبضات المُعدَّلة التردد عام 1985، ظهر أول ليزر فائق القصر في العالم.ليزرمنذ عام 1996 وحتى إنجاز أول ليزر في العالم بقوة 10 واط في عام 2017، انصبّ التركيز في السابق على الليزر فائق القصر على تحقيق "أقصى شدة ضوئية". وفي السنوات الأخيرة، أظهرت الدراسات أنه في ظل الحفاظ على نبضات الليزر الفائقة، إذا أمكن التحكم في سرعة نقل النبضات، فإنه يمكن تحقيق ضعف النتائج بنصف الجهد في بعض التطبيقات الفيزيائية، وهو ما يُتوقع أن يُقلل من حجم الليزر فائق القصر.أجهزة الليزر، ولكن تحسين تأثيره في تجارب فيزياء الليزر ذات المجال العالي.

تشوه جبهة النبضة لليزر فائق القوة وفائق القصر
للحصول على ذروة القدرة في ظل طاقة محدودة، يتم تقليل عرض النبضة إلى 20-30 فيمتوثانية عن طريق زيادة عرض نطاق الكسب. تبلغ طاقة نبضة الليزر فائق القصر الحالي ذي قدرة 10 واط حوالي 300 جول، ويجعل انخفاض عتبة تلف محزز الضاغط فتحة الشعاع أكبر من 300 مم بشكل عام. من السهل أن يحمل شعاع النبضة ذو عرض النبضة 20-30 فيمتوثانية وفتحة 300 مم تشوه الاقتران المكاني الزمني، وخاصة تشوه جبهة النبضة. يوضح الشكل 1 (أ) الفصل المكاني الزمني لجبهة النبضة وجبهة الطور الناتج عن تشتت دور الشعاع، وتظهر الأولى "ميلًا مكانيًا زمنيًا" بالنسبة للثانية. أما الأخرى فهي "انحناء الزمكان" الأكثر تعقيدًا الناتج عن نظام العدسات. يوضح الشكل 1 (ب) تأثيرات جبهة النبضة المثالية، وجبهة النبضة المائلة، وجبهة النبضة المنحنية على التشوه المكاني الزمني لحقل الضوء على الهدف. ونتيجة لذلك، تنخفض شدة الضوء المركز بشكل كبير، مما لا يُساعد على تطبيق الليزر فائق القصر في المجالات القوية.

الشكل 1 (أ) ميل جبهة النبضة الناتج عن الموشور والشبكة، و(ب) تأثير تشوه جبهة النبضة على مجال الضوء الزمكاني على الهدف

التحكم في سرعة النبضات فائقة القوةليزر فائق القصر
في الوقت الراهن، أثبتت حزم بيسل الناتجة عن التراكب المخروطي للموجات المستوية جدواها التطبيقية في فيزياء الليزر عالي المجال. إذا كان لحزمة نبضية متراكبة مخروطيًا توزيع جبهة نبضية متناظر محوريًا، فإن شدة المركز الهندسي لحزمة موجات الأشعة السينية المتولدة، كما هو موضح في الشكل 2، يمكن أن تكون ثابتة فوق سرعة الضوء، أو ثابتة دون سرعة الضوء، أو متسارعة فوق سرعة الضوء، أو متناقصة دون سرعة الضوء. حتى أن الجمع بين المرآة القابلة للتشكيل ومعدل الضوء المكاني من نوع الطور يمكن أن ينتج شكلًا مكانيًا زمنيًا عشوائيًا لجبهة النبضة، ومن ثم ينتج سرعة نقل قابلة للتحكم بشكل عشوائي. يمكن للتأثير الفيزيائي المذكور أعلاه وتقنية تعديله تحويل "تشويه" جبهة النبضة إلى "تحكم" بها، ومن ثم تحقيق هدف تعديل سرعة نقل الليزر فائق القوة فائق القصر.

الشكل 2: تقع نبضات الضوء (أ) الثابتة الأسرع من الضوء، (ب) الثابتة دون سرعة الضوء، (ج) المتسارعة الأسرع من الضوء، و(د) المتباطئة دون سرعة الضوء، والناتجة 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 النطاق بالتزامن مع تطور هذا النوع من الليزر. ولزمن طويل، لم يكن هذا التشوه مُساعدًا على تحقيق الهدف الأساسي لليزر فائق القصر، ألا وهو تركيز شدة الضوء بشكل فائق، ولذا عمل الباحثون على كبح أو إزالة مختلف أشكال تشوه جبهة النبضة. واليوم، مع تطور مفهوم "تشوه جبهة النبضة" إلى "التحكم في جبهة النبضة"، أصبح بالإمكان تنظيم سرعة نقل الليزر فائق القصر، مما يوفر وسائل وفرصًا جديدة لتطبيق هذا النوع من الليزر في فيزياء الليزر عالي المجال.