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光纤激光器——激光等离子体加速器发展的关键

2022-01-18 17:32     来源:质子中国     伯克利实验室粒子加速器
日前,劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)正在进行激光等离子体粒子加速器(LPA)下一阶段的开发——光纤激光器,是一种产生高功率激光的新方法,可为超紧凑加速器提供能量。
 



伯克利实验室研究员Tong Zhou进行光纤激光组合实验

LPA应用已得到证明,但它们需要高功率的激光(BELLA激光加速器保持着记录,在20 cm内将电子加速到78亿电子伏特的能量)。BELLA拍瓦激光器在极短的瞬间产生的输出与世界电网的全部输出相当,聚焦成人类一根头发直径的脉冲。但是,它只能每秒左右发出一次脉冲。实际应用将需要以更频繁的脉冲提供高功率的激光,这就是新的光纤激光器的用武之地。

光纤激光器速度快,但体积小,其基于类似于电信和计算机网络中熟悉的光纤,但为最优激光发射而设计。每根光纤提供的通道不超过人一根头发的宽度,且只能发出这么大的功率。目前正在进行的项目是进一步开发一种称为“相干光束组合(coherent beam combining)”的方案。目标是脉冲能量足以驱动LPA,但每秒发送1000次。

项目建立在几年的进步基础上,涉及空间、时间和光谱组合,以保持“相干性”(激光束的一种独特质量,对于LPA来说是必需的)。它旨在将来自许多光纤中的功率相对较低的脉冲捆绑成30~50飞秒长(1飞秒=一千万亿分之一秒)、200毫焦耳的脉冲,峰值功率远大于1太瓦(1太瓦=一万亿瓦)。这将是有史以来从光纤激光器中获得的最高能量和峰值功率,对于演示激光等离子体加速绰绰有余。

激光束组合

伯克利实验室该项目领导Tong Zhou研究员表示:“与传统激光器相比,它们的功耗将得到改善,并且散热能力非常出色,解决了构建高功率激光器的其他挑战。”

伯克利实验室加速器技术和应用物理(ATAP)部主任Cameron Geddes表示:“随着最近光纤激光器和激光等离子体加速器的技术突破,现在是时候将它们结合起来,开发下一代可广泛应用的紧凑型、精确可控的加速器。”

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