В ИПФ РАН на лазере PEARL впервые в мире получены оптические импульсы длительностью 11 фемтосекунд и мощностью 1,5 петаватта

Впервые в мире получены импульсы длительностью менее 15 фемтосекунд (1 фс=10^-15с) на установке мощностью более одного петаватта (1 ПВт=10¹⁵ Вт). Рекордное значение – 11 фс для импульса 1,5 ПВт – было получено на лазерном комплексе PEARL Института прикладной физики Российской академии наук. Это стало возможным благодаря уникальному методу дополнительной компрессии – сокращения длительности – лазерных импульсов CafCA (Compression after Compressor Approach). Оптический импульс становится в несколько раз короче исходного, и во столько же раз возрастает его пиковая мощность, поскольку при преобразовании энергия импульса практически не изменяется.

Метод основан на уширении спектра оптического излучения при его прохождении через нелинейный элемент. Внесённая нелинейным элементом спектральная зависимость фазы излучения компенсируется при отражении от специального зеркала, приводя к укорочению импульса. Получены рекордные значения фактора компрессии импульса – больше шести. При создании оптической схемы использовался эффект самофильтрации мелкомасштабных флуктуаций оптического излучения высокой интенсивности, открытый авторами ранее.

К несомненным плюсам данного способа увеличения мощности ультракоротких лазерных импульсов следует отнести:

простоту реализации – для создания необходимо минимальное количество оптических элементов (нелинейный элемент – тонкая пластинка из вещества с высокой нелинейностью и малой дисперсией; квадратичный корректор фазы – специальное зеркало; вакуумная камера, в которой располагаются оптические элементы);
универсальность – может быть использован на любом существующем мощном фемтосекундном лазере для уменьшения длительности и увеличения мощности импульсов;
масштабируемость – работает с излучением практически любой доступной апертуры;
каскадируемость – нет ограничений для последовательного использования нескольких каскадов дополнительной компрессии оптических импульсов.

Cхема эксперимента. Показаны источник излучения – лазерный комплекс PEARL; кварцевая пластина – «SP»; чирпирующие зеркала – «CM»; система диагностики параметров излучения («SP» и «AC»).
Схематично показаны оптические импульсы, распространяющиеся в установке (E(t)); их спектры (S(ω)) и спектральные фазы (φ (ω)).

Сравнение всех опубликованных результатов по одностадийной компрессии фемтосекудного излучения. Закрашенные элементы – результаты сотрудников ИПФ РАН.

Коллектив авторов:
Владислав Гинзбург, Иван Яковлев, Антон Кочетков, Алексей Кузьмин, Сергей Миронов, Илья Шайкин, Андрей Шайкин, Ефим Хазанов.