Ultra-fast laser para sa attosecond science

Napakabilis na laserpara sa agham na attosecond
Sa kasalukuyan, ang mga attosecond pulse ay pangunahing nakukuha sa pamamagitan ng high-order harmonic generation (HHG) na pinapagana ng malalakas na field. Ang esensya ng kanilang henerasyon ay maaaring maunawaan bilang mga electron na na-ionize, pinabilis, at muling pinagsama ng isang malakas na laser electric field upang maglabas ng enerhiya, sa gayon ay naglalabas ng mga attosecond XUV pulse.
Samakatuwid, ang attosecond output ay lubhang sensitibo sa lapad ng pulso, enerhiya, wavelength, at bilis ng pag-uulit nglaser na nagmamaneho(Ultra fast laser): ang mas maikling pulse width ay kapaki-pakinabang para sa paghihiwalay ng mga attosecond pulse, ang mas mataas na enerhiya ay nagpapabuti sa ionization at kahusayan, ang mas mahabang wavelength ay nagpapataas ng cutoff energy ngunit makabuluhang binabawasan ang conversion efficiency, at ang mas mataas na repetition rate ay nagpapabuti sa signal-to-noise ratio ngunit limitado ng single pulse energy. Ang iba't ibang aplikasyon (tulad ng electron microscopy, X-ray absorption spectroscopy, coincidence counting, atbp.) ay may iba't ibang diin sa attosecond pulse index, na naglalahad ng magkakaibang at komprehensibong mga kinakailangan para sa mga driving laser. Ang pagpapabuti ng pagganap ng mga driving laser ay mahalaga para sa paggamit sa attosecond science.

Apat na pangunahing rutang teknolohikal upang mapahusay ang pagganap ng mga nagtutulak na laser (Ultra fast laser)
1. Mas Mataas na Enerhiya: Dinisenyo upang malampasan ang mababang kahusayan sa conversion ng HHG at makakuha ng mga high-throughput attosecond pulse. Ang ebolusyong teknolohikal ay lumipat mula sa tradisyonal na chirped pulse amplification (CPA) patungo sa pamilya ng optical parametric amplification, kabilang ang optical parametric chirped pulse amplification (OPCPA), dual chirped OPA (DC-OPA), frequency domain OPA (FOPA), at quasi phase matching OPCPA (QPCPA). Dagdag pang pinagsasama ang mga pamamaraan ng coherent beam synthesis (CBC) at pulse splitting amplification (DPA) synthesis upang malampasan ang mga pisikal na limitasyon ng mga single channel amplifier, tulad ng mga thermal effect at nonlinear damage, at makamit ang Joule level energy output.
2. Mas maikling lapad ng pulso: Dinisenyo upang makabuo ng mga nakahiwalay na attosecond pulse na maaaring gamitin upang suriin ang electronic dynamics, na nangangailangan ng kaunti o kahit na sub-periodic driving pulse at stable carrier envelope phase (CEP). Kabilang sa mga pangunahing teknolohiya ang paggamit ng mga nonlinear post compression techniques tulad ng hollow core fiber (HCF), multi thin film (MPSC), at multi-channel cavity (MPC) upang i-compress ang lapad ng pulso sa napakaikling haba. Sinusukat ang katatagan ng CEP gamit ang isang f-2f interferometer at nakakamit sa pamamagitan ng aktibong feedback/feedforward (tulad ng AOFS, AOPDF) o passive all-optical self stabilization mechanisms batay sa mga proseso ng frequency difference.
3. Mas mahabang wavelength: Dinisenyo upang itulak ang attosecond photon energy papunta sa “water window” band para sa biomolecule imaging. Ang tatlong pangunahing teknolohikal na landas ay:
Optical parametric amplification (OPA) at ang kaskad nito: Ito ang pangunahing solusyon sa hanay ng wavelength na 1-5 μm, gamit ang mga kristal tulad ng BiBO at MgO:LN; >Ang mga kristal tulad ng ZGP at LiGaS₂ ay kinakailangan para sa 5 μm wavelength band.
Ang Differential Frequency Generation (DFG) at Intra Pulse Differential Frequency (IPDFG): ay maaaring magbigay ng mga pinagmumulan ng binhi na may passive CEP stability.
Ang teknolohiyang direktang laser, tulad ng Cr: ZnS/Se transition metal doped chalcogenide lasers, ay kilala bilang "mid infrared titanium sapphire" at may mga bentahe ng siksik na istraktura at mataas na kahusayan.
4. Mas mataas na rate ng pag-uulit: naglalayong mapabuti ang signal-to-noise ratio at kahusayan sa pagkuha ng datos, at tugunan ang mga limitasyon ng mga epekto ng space charge. Dalawang pangunahing landas:
Teknolohiya ng resonance enhanced cavity: ang paggamit ng mga high-precision resonant cavity upang mapahusay ang peak power ng mga megahertz level repetitive frequency pulse upang paandarin ang HHG, ay nailapat na sa mga larangan tulad ng XUV frequency combs, ngunit ang pagbuo ng mga nakahiwalay na attosecond pulse ay nagdudulot pa rin ng mga hamon.
Mataas na antas ng pag-uulit atlaser na may mataas na lakasAng direct drive, kabilang ang OPCPA, fiber CPA na sinamahan ng nonlinear post compression, at thin film oscillator, ay nakamit ang isolated attosecond pulse generation sa repetition rate na 100 kHz.