Los láseres ultraintensos y ultracortos tienen una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo la física básica, la seguridad nacional, los servicios industriales y la atención médica. En la física básica, estos láseres se han convertido en una herramienta poderosa para investigar la física de láser de campo fuerte, especialmente para fuentes de radiación impulsada por láser, aceleración de partículas por láser, electrodinámica cuántica de vacío y más.
Incremento en la potencia peak del láser
Un aumento dramático en la potencia peak del láser, desde el láser «Nova» de 1 petavatio en 1996, hasta el «Shanghai Super-intense Ultrafast Laser Facility» (SULF) de 10 petavatios en 2017, y el «Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics» (ELI-NP) de 10 petavatios en 2019, se debe a un cambio en el medio de ganancia para los láseres de gran apertura (de vidrio dopado con neodimio a cristal de titanio:safiro). Ese cambio redujo la duración del pulso de los láseres de alta energía de alrededor de 500 femtosegundos (fs) a alrededor de 25 fs. Sin embargo, el límite superior para los láseres ultraintensos y ultracortos de titanio:safiro parece ser de 10 petavatios. Actualmente, para el desarrollo de láseres de 10 petavatios a 100 petavatios, los investigadores suelen abandonar la tecnología de amplificación de pulso con chirp de titanio:safiro, y recurren a la tecnología de amplificación de pulso con chirp paramétrica óptica, basada en cristales no lineales de fosfato de potasio deuterado. Esa tecnología, debido a su baja eficiencia de conversión de bomba a señal y a su baja estabilidad de energía espatio-temporal-espectral, plantea un gran desafío para la realización y aplicación de los futuros láseres de 10 a 100 petavatios. Por otro lado, la tecnología de amplificación de pulso con chirp de titanio:safiro, siendo una tecnología madura que ha logrado realizar con éxito dos láseres de 10 petavatios en China y Europa, aún tiene un gran potencial para el desarrollo de la próxima etapa de los láseres ultraintensos y ultracortos. El cristal de titanio:safiro es un medio de ganancia láser de banda ancha tipo nivel de energía. El pulso de bombeo se absorbe para generar una inversión de población entre los niveles de energía superior e inferior, lo que completa el almacenamiento de energía. Cuando el pulso de señal pasa a través del cristal de titanio:safiro varias veces, se extrae la energía almacenada para la amplificación del láser de señal. Sin embargo, en la lasing parasitaria transversal, una emisión espontánea amplificada a lo largo del diámetro del cristal consume la energía almacenada y reduce la amplificación del láser de señal. Actualmente, la apertura máxima de los cristales de titanio:safiro solo puede soportar láseres de 10 petavatios. Incluso con cristales de titanio:safiro más grandes, la amplificación del láser aún no es posible debido a que la lasing parasitaria transversal aumenta exponencialmente a medida que aumenta el tamaño de los cristales de titanio:safiro. Ante este desafío, los investigadores han tomado un enfoque innovador que implica la combinación coherente de varios cristales de titanio:safiro. Como se informa en Advanced Photonics Nexus, este método rompe el límite actual de 10 petavatios en los láseres ultraintensos y ultracortos de titanio:safiro, aumentando efectivamente el diámetro de la abertura de todo el cristal de titanio:safiro en mosaico y también truncando la lasing parasitaria transversal dentro de cada cristal en mosaico. El autor correspondiente Yuxin Leng del Instituto de Óptica y Mecánica Fina de Shanghai señala: «La amplificación láser de titanio:safiro en mosaico se demostró con éxito en nuestro sistema láser de 100 teravatios (es decir, 0.1 petavatios). Logramos una amplificación láser casi ideal utilizando esta tecnología, incluyendo altas eficiencias de conversión, energías estables, espectros de banda ancha, pulsos cortos y puntos focales pequeños». El equipo de Leng informa que la amplificación láser de titanio:safiro en mosaico proporciona una manera relativamente fácil y económica de superar el límite actual de 10 petavatios. «Al agregar un amplificador láser de alta energía de titanio:safiro en mosaico de 2×2 en el SULF de China o en el ELI-NP de la Unión Europea, se puede aumentar aún más los 10 petavatios actuales a 40 petavatios y se puede aumentar la intensidad pico enfocada en casi 10 veces más», dice Leng. El método promete mejorar la capacidad experimental de los láseres ultraintensos y ultracortos en la física de láser de campo fuerte.
Deja una respuesta