将超强激光聚焦到单一波长

抛物线后双曲线二次聚焦。资料来源:Advanced Photonics Nexus(2024)。Doi: 10.1117/1.apn.3.3.036002

超强超短激光是应用于物理、国家安全、工业和医疗保健等各个领域的强大工具。它们帮助研究人员深入研究强场激光物理、激光驱动辐射源、粒子加速等。

“峰值功率”测量这些激光器的强度，如新星激光器(美国加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室)的峰值功率为1.5拍瓦，上海超强超快激光设施(SULF，中国)的峰值功率为10拍瓦，或极端光基础设施-核物理(ELI-NP，罗马尼亚)的峰值功率为10拍瓦。然而，在实验中真正重要的是对目标的聚焦强度。利用离轴抛物面镜将激光聚焦到实验目标上。聚焦强度，而不是峰值功率，反映了激光的能力，对用户来说是至关重要的。双曲面镜增强聚焦

目前，这些激光器的光束孔径为150 ~ 500mm, f值(与聚焦能力有关)为2 ~ 10。在抛物面镜后增加一个旋转双曲镜可以显著减小f值，从而减小焦斑尺寸。据《Advanced Photonics Nexus》报道，这种二次聚焦方法可以将f值降低5倍，从而将超强超短激光器的焦点光斑尺寸减小到单波长尺寸。通讯作者、中国上海光学精密机械研究所超强激光科学与技术重点实验室李昭阳指出，这种技术可以实现尽可能小的焦斑:“利用双曲镜进行二次聚焦可以将我们的超强超短激光器的焦斑从几个波长大小减小到一个波长大小，从而实现尽可能小的焦斑。”

李和他的团队报告说，单波长的焦点可以通过在当前的飞秒拍瓦级激光器或未来的单周期拍瓦级激光器上增加一个优化的旋转双曲镜来实现。“结合我们之前提出的广角非共线光参量啁啾脉冲放大(WNOPCPA)方法，它有望达到超强超短激光设备的最高强度条件，即将所有激光能量聚焦到一个以激光中心波长为边缘的时空焦点立方体中。这将极大地提高超强超短激光器在强场激光物理(如真空量子电动力学)应用中的实验能力。