2010中国光学:双束激光与薄膜靶作用:单周期短波长相对论激光脉冲的产生
2011-05-31

      中国科学院上海光学精密机械研究所沈百飞研究员等(Phys. Rev. Lett., 2010, 105, 025001)提出了一种全新的途径,通过等离子体方法来产 生相对论强度(大于1018 W/cm2)的啁啾脉冲,进而得到短波长单周期 的超强激光束。他们通过粒子模拟(PIC)和分析发现,当两束相向而行 的相对论圆偏振激光脉冲与高密度等离子体薄膜靶相互作用时,其中较 强的激光束(7×1021 W/cm2)作为驱动脉冲整体加速薄膜靶,使之形成 一个高速运动的飞行镜,而较弱的激光束(7×1019 W/cm2)作为散射脉 冲,被高速飞行的薄层反射。由于多普勒效应以及薄层速度的变化,被反射的脉冲一方面中心频率蓝移,另一方面被加上了啁啾。他们对产生 的这一啁啾脉冲进行色散补偿,可将之压缩,得到近单周期的,波长仅为原来的1/5(0.2 μm)的相对论脉冲,其峰值强度较初始散射脉冲提高 了3个量级,达到2×1023 W/cm2。

      这种利用等离子体来产生啁啾脉冲的方法,首先不存在传统的光学途径中元件损伤问题,因此激光的强度可以非常大;其次,可通过调节驱动脉冲来改变散射脉冲的啁啾量,其能获得的频谱宽度数倍于传统光学方法所能得到的。

      特别提出的是,产生的短波长激光还可通过聚焦到衍射极限,强度得到极大增加,达到5×1024 W/cm2,较原来几乎提高了5个量级。因此本方案有望在实验室可获得的激光强度下,实现施温格极限强度(约1028 W/cm2)的光场,对研究光与物质相互作用和真空的性质等重大的基础物理问题方面具有非常重要的意义。

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