英國研制出世界上最高增益的大功率激光放大器

　　英國斯特拉斯克萊德大學(xué)(University of Strathclyde)的研究人員成功研制出世界上最高增益的大功率激光放大器。他們利用中央激光設備Vulcan激光系統進(jìn)行實(shí)驗，Vulcan裝置能夠輸出150 J的脈沖。在兩次實(shí)驗中，研究人員與CLF的工作人員密切合作，對Vulcan進(jìn)行調整，使兩束不同顏色的激光光束能夠在等離子體中交換能量，實(shí)驗測得的增益系數為180cm-1，是目前基于固體介質(zhì)的高功率激光系統放大器的100倍。相關(guān)研究結果發(fā)表在《Scientific Reports》雜志上。

　　Vulcan激光裝置的靶區

　　斯特拉斯克萊德大學(xué)物理系的Dino Jaroszynski教授領(lǐng)導了該項研究，他指出：等離子體中的拉曼放大是非常吸引人的概念，該概念將諾貝爾物理學(xué)獎獲得者CV拉曼的觀(guān)點(diǎn)與等離子體，光學(xué)和激光物理學(xué)很好地結合在一起。相對較長(cháng)的高能激光脈沖與短的，能量非常低的脈沖在等離子體中相撞。在其碰撞處會(huì )產(chǎn)生一沖擊波(beat wave)，和兩個(gè)水波發(fā)生相撞的情況一樣。沖擊波的光壓會(huì )驅動(dòng)等離子體形成規則或梯形形狀，而多層梯形圖作為高反射率，隨時(shí)間變化的透鏡，將高能量脈沖的能量反射到低能量脈沖中，從而放大低能脈沖并將將其壓縮成超短時(shí)間光脈沖。“我們的實(shí)驗結果非常重要，因為這些結果證明了等離子體介質(zhì)作為極高增益放大器介質(zhì)的靈活性，實(shí)驗結果還表明，放大器的效率可以很大，至少可以到10%，這是前所未有的，而且還有很大的提升可能。

　　當然，目前的實(shí)驗結果也顯示，仍然有必要進(jìn)一步對其研究，以期實(shí)現單級高增益高效率放大器模塊。“例如，我們目前仍然面臨的挑戰之一是如何處理由隨機等離子體波動(dòng)產(chǎn)生的”噪聲“的放大，由于增益極高，這一現象會(huì )加劇。這會(huì )導致的能量損耗。相關(guān)研究正在進(jìn)行，相信在下一個(gè)實(shí)驗中能夠很好地解決這些問(wèn)題”。

　　領(lǐng)導該研究團隊的Gregory Vieux博士指出：等離子體是一種完全分解的介質(zhì)，因此它沒(méi)有損傷閾值，因此可以不經(jīng)過(guò)脈沖展寬后再壓縮手段來(lái)放大短激光脈沖。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在放大期間實(shí)現進(jìn)一步壓縮在理論上是可能的，這可能為下一代激光系統的發(fā)展鋪平道路，新一代的激光系統將能夠輸出超強和超短脈沖，但成本僅為現有激光器的一小部分。

　　“然而，我們還不能完全確定，該方案依賴(lài)于對拉曼不穩定性的控制，其增長(cháng)因子很大，很小的等離子體波動(dòng)就能引發(fā)大的不穩定性，” Gregory Vieux說(shuō)。