英國研製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(University of Strathclyde)的研究人員成功研製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激光係統進行實驗，Vulcan裝置能夠輸出150 J的脈衝。在兩次實驗中，研究人員與CLF的工作人員密切合作，對Vulcan進行調整，使兩束不同顏色的激光光束能夠在等離子體中交換能量，實驗測得的增益係數為180cm-1，是目前基於固體介質的高功率激光係統放大器的100倍。相關研究結果發表在《Scientific Reports》雜誌上。

Vulcan激光裝置的靶區

斯特拉斯克萊德大學物理係的Dino Jaroszynski教授領導了該項研究，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獎獲得者CV拉曼的觀點與等離子體，光學和激光物理學很好地結合在一起。相對較長的高能激光脈衝與短的，能量非常低的脈衝在等離子體中相撞。在其碰撞處會產生一衝擊波（beat wave），和兩個水波發生相撞的情況一樣。衝擊波的光壓會驅動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，隨時間變化的透鏡，將高能量脈衝的能量反射到低能量脈衝中，從而放大低能脈衝並將將其壓縮成超短時間光脈衝。“我們的實驗結果非常重要，因為這些結果證明了等離子體介質作為極高增益放大器介質的靈活性，實驗結果還表明，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，目前的實驗結果也顯示，仍然有必要進一步對其研究，以期實現單級高增益高效率放大器模塊。“例如，我們目前仍然麵臨的挑戰之一是如何處理由隨機等離子體波動產生的”噪聲“的放大，由於增益極高，這一現象會加劇。這會導致的能量損耗。相關研究正在進行，相信在下一個實驗中能夠很好地解決這些問題”。

領導該研究團隊的Gregory Vieux博士指出：等離子體是一種完全分解的介質，因此它沒有損傷閾值，因此可以不經過脈衝展寬後再壓縮手段來放大短激光脈衝。另一個優點是在放大期間實現進一步壓縮在理論上是可能的，這可能為下一代激光係統的發展鋪平道路，新一代的激光係統將能夠輸出超強和超短脈衝，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，該方案依賴於對拉曼不穩定性的控製，其增長因子很大，很小的等離子體波動就能引發大的不穩定性，” Gregory Vieux說。

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