초강력 초단파 레이저의 펄스 속도를 변경하세요

펄스 속도를 변경하세요초강력 초단파 레이저

초단파 레이저는 일반적으로 펄스 폭이 수십~수백 펨토초이고, 최대 출력이 테라와트(TW) 또는 페타와트(PW)에 달하며, 집속 광 강도가 10¹⁸ W/cm²를 초과하는 레이저 펄스를 의미합니다. 초단파 레이저와 이를 통해 생성되는 초고에너지 방사선원 및 고에너지 입자원은 고에너지 물리학, 입자 물리학, 플라즈마 물리학, 핵물리학, 천체 물리학 등 다양한 기초 연구 분야에서 폭넓은 응용 가치를 지니고 있으며, 연구 결과는 관련 첨단 산업, 의료, 환경 에너지 및 국방 안보에 기여할 수 있습니다. 1985년 처프 펄스 증폭 기술이 발명된 이후, 세계 최초의 비트와트 레이저가 등장했습니다.원자 램프1996년 초단파 레이저 개발에 이어 2017년 세계 최초 10비트 와트 레이저 개발이 완료될 때까지, 초단파 레이저 연구는 주로 "최대 강도의 빛"을 구현하는 데 집중되어 왔습니다. 그러나 최근 연구에 따르면 초단파 레이저 펄스 강도를 유지하는 조건 하에서 펄스 전송 속도를 제어할 수 있다면 일부 물리적 응용 분야에서 절반의 노력으로 두 배의 효과를 얻을 수 있다는 가능성이 제시되고 있으며, 이는 초단파 레이저의 상용화를 앞당길 것으로 기대됩니다.레이저 장치하지만 고자기장 레이저 물리학 실험에서 그 효과를 향상시킵니다.

초강력 초단파 레이저의 펄스 전면 왜곡
제한된 에너지 내에서 최대 출력을 얻기 위해 이득 대역폭을 넓혀 펄스 폭을 20~30펨토초로 줄였습니다. 현재 10비트와트 초단파 레이저의 펄스 에너지는 약 300줄이며, 압축기 회절 격자의 낮은 손상 임계값으로 인해 빔 개구부는 일반적으로 300mm보다 큽니다. 20~30펨토초의 펄스 폭과 300mm의 개구부를 가진 펄스 빔은 시공간적 결합 왜곡, 특히 펄스 전면의 왜곡을 쉽게 나타냅니다. 그림 1(a)는 빔 롤 분산으로 인해 발생하는 펄스 전면과 위상 전면의 시공간적 분리를 보여주며, 전자는 후자에 비해 "시공간적 기울기"를 보입니다. 후자는 렌즈 시스템으로 인해 발생하는 더욱 복잡한 "시공간 곡률"입니다. 그림 1(b)는 이상적인 펄스 전면, 기울어진 펄스 전면, 그리고 휘어진 펄스 전면이 목표물 상의 광장 시공간적 왜곡에 미치는 영향을 보여줍니다. 결과적으로 집광된 빛의 강도가 크게 감소하여 초단파 레이저의 강력한 전자기장 응용에 적합하지 않습니다.

그림 1. (a) 프리즘과 격자에 의해 발생하는 펄스 전면의 기울기, (b) 펄스 전면의 왜곡이 목표물 상의 시공간 광장에 미치는 영향

초강력 펄스 속도 제어초단파 레이저
현재, 평면파의 원뿔형 중첩으로 생성된 베셀 빔은 고자기장 레이저 물리학에서 응용 가치를 보여주고 있습니다. 원뿔형으로 중첩된 펄스 빔이 축대칭 펄스 전면 분포를 가질 경우, 그림 2에 나타낸 바와 같이 생성된 X선 파동 패킷의 기하학적 중심 강도는 일정한 초광속, 일정한 아광속, 가속 초광속, 감속 아광속 등 다양한 형태를 가질 수 있습니다. 변형 가능한 거울과 위상형 공간 광 변조기를 조합하면 펄스 전면의 임의의 시공간적 형상을 생성하고, 이를 통해 임의로 제어 가능한 전송 속도를 구현할 수 있습니다. 이러한 물리적 효과와 변조 기술은 펄스 전면의 "왜곡"을 펄스 전면의 "제어"로 전환하여 초강력 초단파 레이저의 전송 속도 변조라는 목적을 달성할 수 있게 합니다.

그림 2. 중첩에 의해 생성된 (a) 일정한 광속보다 빠른 속도의 광 펄스, (b) 일정한 광속보다 느린 속도의 광 펄스, (c) 가속된 광속보다 빠른 속도의 광 펄스, (d) 감속된 광속보다 느린 속도의 광 펄스는 중첩 영역의 기하학적 중심에 위치한다.

펄스 전면 왜곡 현상은 초초단 레이저보다 앞서 발견되었지만, 초초단 레이저의 개발과 함께 광범위하게 주목받아 왔습니다. 오랫동안 펄스 전면 왜곡은 초초단 레이저의 핵심 목표인 초고집광 광 강도 구현에 걸림돌이 되어 왔으며, 연구자들은 다양한 펄스 전면 왜곡 현상을 억제하거나 제거하기 위해 노력해 왔습니다. 오늘날 "펄스 전면 왜곡"이 "펄스 전면 제어"로 발전하면서 초초단 레이저의 전송 속도를 조절할 수 있게 되었고, 고자기장 레이저 물리학 분야에서 초초단 레이저의 응용에 새로운 가능성과 기회를 제공하고 있습니다.