瑞典于默奧大學(xué)的研究人員首次展示了其大型激光設(shè)備的全部性能。該團(tuán)隊(duì)報(bào)告稱，他們生成了超短激光脈沖、極限峰值功率和精確可控波形的組合，這使得探索自然界中最快的過程成為可能。

這款定制激光系統(tǒng)名為“光波合成器100”（LWS100），長11米、寬1.5米，遠(yuǎn)大于許多尺寸可能只有鉛筆或書本大小的商用激光器。LWS100的尺寸對(duì)于生成和放大超短激光脈沖至極限峰值功率是必要的。

于默奧大學(xué)的激光器長達(dá)11米，可產(chǎn)生超短脈沖

這項(xiàng)研究成果已發(fā)表于《自然-光子學(xué)》雜志。該激光系統(tǒng)峰值功率達(dá)100太瓦。于默奧大學(xué)表示，這一輸出功率相當(dāng)于全球平均用電負(fù)荷的五倍——盡管僅能維持?jǐn)?shù)十億分之幾秒的時(shí)間。這使該系統(tǒng)成為瑞典最強(qiáng)大的激光裝置，為諸多突破性應(yīng)用開啟了大門，例如理解生物分子中的超快過程、研發(fā)光驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備以及提升太陽能電池板效率。

“拍攝”電子運(yùn)動(dòng)軌跡
于默奧大學(xué)特別指出，該系統(tǒng)的卓越之處在于其激光脈沖不僅具備極短周期（4.3飛秒）和超高強(qiáng)度特性，更擁有可復(fù)現(xiàn)且完全可控的電場(chǎng)波形——每個(gè)脈沖都能保持完全一致的波形特征。

實(shí)現(xiàn)這種精度控制對(duì)大型激光系統(tǒng)而言尤為困難，但對(duì)眾多尖端應(yīng)用卻至關(guān)重要。這種控制能力可產(chǎn)生更短的阿秒級(jí)X射線脈沖，用于“拍攝”電子運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)影像。

“我們現(xiàn)在可以證明，該系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)了我們建造時(shí)的設(shè)計(jì)愿景。這是我們研究領(lǐng)域的里程碑。”于默奧大學(xué)教授Laszlo Veisz表示。

László Veisz教授及其團(tuán)隊(duì)研制出于的新型激光器

憑借極端的時(shí)間與空間聚光特性，該激光系統(tǒng)已規(guī)劃多項(xiàng)前沿實(shí)驗(yàn)。通過整形和聚焦超短脈沖，可在微型加速器中將阿秒級(jí)電子束加速至超相對(duì)論能量，或打造下一代X射線源以推動(dòng)阿秒科學(xué)發(fā)展。

該激光系統(tǒng)于2022年在于默奧大學(xué)物理系安裝落成并正式啟用。本次發(fā)表在《自然-光子學(xué)》的論文，是首篇展示其完整性能的科學(xué)研究成果。

論文摘要寫道，這是一種增強(qiáng)型光學(xué)參量啁啾脈沖放大系統(tǒng)，可產(chǎn)生峰值功率約100太瓦、脈沖持續(xù)時(shí)間短至4.3飛秒且具備完整波形控制的光脈沖。通過三級(jí)級(jí)聯(lián)放大結(jié)構(gòu)——每級(jí)包含兩個(gè)分別增強(qiáng)互補(bǔ)光譜波段的光學(xué)參量放大器——采用相干場(chǎng)合成技術(shù)生成了覆蓋可見光到近紅外范圍的寬帶光譜。

所得光瞬變體的波形穩(wěn)定度優(yōu)于300毫弧度，聚焦強(qiáng)度達(dá)10²¹瓦/平方厘米，并展現(xiàn)出卓越的高時(shí)間對(duì)比度動(dòng)態(tài)范圍。這些特性共同使該系統(tǒng)特別適用于要求苛刻的相對(duì)論性激光-等離子體實(shí)驗(yàn)。