In CPA, la pompa amplifica il segnale attraverso un sistema di guadagno medio a livello di energia in cui una delle transizioni non è radiativa. Questo tipo di amplificazione laser ha un'elevata efficienza dalla pompa al segnale e una larghezza di banda di guadagno relativamente stretta. In OPCPA, la pompa amplifica il segnale attraverso l'interazione parametrica e genera contemporaneamente l'onda folle. L'OPCPA può essere a banda larga manipolando la condizione di adattamento di fase, ma soffre di un'efficienza relativamente bassa a causa della retroconversione. QPCPA è una variazione dell'OPCPA dissipando l'idler con un forte assorbimento dei cristalli. La dissipazione idler ostacola l'effetto di conversione posteriore e consente sia un'elevata efficienza che un'ampia larghezza di banda. Credito:Jingui Ma et al.
Sin dalla prima dimostrazione dell'amplificazione chirped-pulse (CPA) e dell'amplificazione ottica parametrica-impulso (OPCPA), i laser a femtosecondi sono stati in grado di fornire potenze di picco ultraelevate fino a dieci petawatt (PW), aprendo così la strada ad acceleratori di particelle compatti e sorgenti di raggi X.
Per aumentare ulteriormente le potenze di picco, sono necessari schemi di amplificazione laser con elevata efficienza di conversione e ampia larghezza di banda. Tuttavia, gli amplificatori laser CPA soffrono di una larghezza di banda di guadagno relativamente stretta, mentre gli OCPPA soffrono di un'efficienza del segnale relativamente bassa o dell'esaurimento della pompa a causa della conversione posteriore.
In un nuovo articolo pubblicato su Light:Science &Applications , un team di scienziati, guidato dalla professoressa Liejia Qian del Key Laboratory for Laser Plasmas (MOE), School of Physics and Astronomy, Shanghai Jiao Tong University, Cina, e colleghi hanno dimostrato uno schema a bassissimo rumore e ad altissima efficienza di amplificazione chirped-pulse quasi parametrica (QPCPA), che è una variazione dell'OPCPA dissipando l'idler con un forte assorbimento di cristalli.
La dissipazione idler ostacola l'effetto di conversione posteriore e consente prestazioni QPCPA di alta efficienza, ampia larghezza di banda e robustezza contro la mancata corrispondenza di fase. Hanno dimostrato sperimentalmente un'efficienza energetica del 56% per un segnale a 810 nm convertito da una pompa a 532 nm, o equivalentemente all'85% di esaurimento della pompa. Un tale esaurimento record ha soppresso notevolmente il rumore della superfluorescenza parametrica (PSF) in QPCPA a soli ~10 -6 rispetto all'energia del segnale amplificato.
Nel loro esperimento, è stato utilizzato un cristallo Sm:YCOB di 8 cm con l'orientamento per il coefficiente non lineare massimizzato, che era trasparente sia per la pompa che per il segnale ma opaco per l'idler. Con un'intensità della pompa di 3 GW cm −2 , è stata raggiunta la massima efficienza del segnale del 56% con un'intensità del seme di ~7 MW cm −2 , corrispondente ad un esaurimento della pompa dell'85%.
L'esaurimento della pompa QPCPA dimostrato era circa 2,5 volte quello di OPCPA. Il forte esaurimento della pompa dovuto all'efficiente amplificazione del segnale ha soppresso in modo significativo la generazione di rumore PSF. All'interno dell'uscita del segnale più grande di ~ 65 mJ, l'energia di rumore PSF misurata era di circa ~ 10 μJ. Il contrasto del polso dopo la compressione dovrebbe essere di ~10 9 .
a, Schema dello schema QPCPA. La pompa a 532 nm amplifica il segnale a 810 nm e genera contemporaneamente l'idler a 1550 nm. L'idler generato ha un assorbimento da parte degli ioni drogati di terre rare Sm³⁺. b, efficienza pompa-segnale e esaurimento della pompa rispetto all'intensità del seme con un'intensità della pompa di ~ 3 GW cm⁻². c, Profili di impulso della pompa (nero), segnale amplificato a intensità di seme di 7 MW cm⁻² (solido rosso, punto Ⅰ contrassegnato in b) e 2,5 W cm⁻² (trattino rosso, punto Ⅱ contrassegnato in b). L'area ombreggiata mostra il profilo dell'impulso cinguettare (spettro) del seme del segnale. Il segnale sonoro è di 40 ps nm⁻¹. d, Evoluzione dell'energia di superfluorescenza parametrica (PSF) (quadrati e cerchi neri) e guadagno di segnali piccoli sondati (cerchi blu). Credito:Jingui Ma et al.
Il Prof. Ma, il primo autore, ha spiegato perché hanno chiamato tale processo amplificazione "quasi-parametrica":"Il processo QPCPA è molto interessante. Nel regime di amplificazione satura, la sua efficienza continua ad aumentare con l'intensità del seme senza alcuna retroconversione, abbastanza simile all'amplificazione laser "non parametrica". Tuttavia, nel regime di amplificazione di piccoli segnali, eredita tutti i comportamenti parametrici dell'OPCPA. Il QPCPA combina i vantaggi dei processi parametrici e non parametrici."
"Poiché l'effetto di retroconversione è completamente ostruito, il QPCPA è anche robusto contro il disadattamento di fase. Ciò significa che il QPCPA è insensibile alla variazione del puntamento del raggio della pompa e alla temperatura ambiente. Ciò avvantaggia il funzionamento ad alto tasso di ripetizione di QPCPA," ha aggiunto.
"Con il suo prodotto molto ampio di efficienza e larghezza di banda, lo schema QPCPA basato su un cristallo Sm:YCOB di grandi dimensioni può supportare una potenza di picco fino a 50 PW utilizzando la stessa energia della pompa degli attuali impianti laser da dieci petawatt, quindi QPCPA potrebbe essere un candidato qualificato per spingere i laser ultraintensi oltre l'attuale limite di dieci petawatt", ha affermato il prof. + Esplora ulteriormente
