I laser ultra-intensi con impulsi ultra-corti ed energie ultra-alte sono potenti strumenti per esplorare le incognite della fisica, cosmologia, scienza materiale, ecc. Con l'aiuto dell'amplificazione dell'impulso chirped (CPA) (Premio Nobel per la Fisica 2018), il record attuale ha raggiunto 10 petawatt (o 10 ¹⁶ Watt). In uno studio recentemente pubblicato su Rapporti scientifici , i ricercatori dell'Università di Osaka hanno proposto un concetto per laser ultra-intensi di nuova generazione con una potenza di picco simulata fino alla classe exawatt (1 exawatt equivale a 1000 petawatt).

Il laser, inventato dal Dr. T. H. Maiman nel 1960, ha una caratteristica importante dell'alta intensità (o dell'elevata potenza di picco per i laser a impulsi):Storicamente, potenza di picco del laser ha sperimentato lo sviluppo in due fasi. Subito dopo la nascita del laser, Le tecnologie Q-switching e di blocco della modalità hanno aumentato la potenza di picco del laser a kilowatt (10 ³ Watt) e gigawatt (10 ⁹ Watt). Dopo che la tecnologia CPA è stata inventata da Gérard Mourou e Donna Strickland nel 1985, per cui sono stati evitati danni materiali e non linearità ottica, la potenza di picco del laser è stata notevolmente aumentata a terawatt (10 ¹² watt) e petawatt (10 ¹⁵ watt) livelli. Oggi, due laser CPA da 10 petawatt sono stati dimostrati in Europa (laser ELI-NP) e in Cina (laser SULF), rispettivamente.

Attualmente, la scala dell'impianto di laser a petawatt in tutto il mondo è molto grande e anche l'investimento nel progetto è molto elevato. Il prossimo passo per i futuri laser ultra-intensi è aumentare ulteriormente la potenza di picco comprimendo la durata dell'impulso invece di aumentare l'energia dell'impulso.

Nel loro precedente studio ( OSA Continuum , DOI:10.1364/OSAC.2.001125), questo gruppo ha sviluppato un nuovo design, amplificazione dell'impulso chirped parametrico ottico non collineare grandangolare (WNOPCPA), per aumentare lo spettro amplificato e di conseguenza ridurre l'impulso compresso. Il meccanismo chiave di WNOPCPA è aumentare la larghezza di banda complessiva utilizzando una pompa a più raggi, che corrisponde a diversi spettri amplificati. "Però, l'interferenza della pompa, oltre ai possibili danni indotti, è un potenziale problema nell'applicare WNOPCPA a un progetto enorme, " spiega l'autore corrispondente Zhaoyang Li.

In questo nuovo design migliorato, utilizzando un WNOPCPA pompato a due raggi e un adattamento di fase accuratamente ottimizzato, l'interferenza della pompa è completamente evitata, e si ottiene una larghezza di banda ultra larga con due ampi spettri, con il risultato di Amplificazione laser ad alta energia <10 fs. Quando questo laser è combinato con la tecnologia di post-compressione, l'allargamento spettrale indotto da effetti non lineari è significativamente potenziato, e la simulazione mostra che il record della massima potenza di picco può essere spinto alla classe exawatt.

"Questo design ha due vantaggi:uno è l'amplificazione a banda ultra larga in WNOPCPA e l'altro è il miglioramento dell'allargamento spettrale non lineare in post-compressione. Questa ricerca può fornire un possibile modo per aumentare ulteriormente la potenza di picco del laser, anche fino alla classe exawatt, "dice Zhaoyang Li.