创纪录的超短激光脉冲

研究人员在特殊的“光压缩器”的帮助下，在DESY生成了超短激光脉冲。在瑞典和法国同事的协作下，由DESY和耶拿亥姆霍兹研究所的科学家们将约为三分之一毫米的高能激光脉冲压缩到百分之一毫米以下。这相当于将近40倍的系数，是高能激光脉冲单级压缩的新记录。大约80%的原始激光脉冲能量被保留下来。在进一步的研究中，研究人员将脉冲压缩到只有千分之四毫米。该团队在《光学通讯》杂志上发表了他们的研究成果。

许多研究领域都需要超短激光脉冲，包括物质的超快动力学和等离子体加速。前者将有助于提升像DESY的FLASH和欧洲自由电子激光这样的X射线激光器的能力，后者是新一代紧凑型粒子加速器的基础。对于等离子体尾场加速器，利用气体中的强激光脉冲产生等离子体波，在等离子体波上，像电子这样的带电粒子可以被快速加速。迄今为止，超短脉冲飞秒激光器的平均功率只有几瓦，而皮秒激光器如今可以轻松产生几千瓦的平均功率。平均功率决定了激光每秒能闪光多少次。只有具有高脉冲重复率的激光系统才能满足现代加速系统的要求。

研究人员从1.2万亿分之一秒（皮秒）持续时间的激光脉冲着手，将脉冲送入一个两米长的装有氪气的镜管中。在管中与氪气的相互作用使最初几乎是单色的红外激光的色谱稍微扩展，这是随后压缩的一个重要前提。脉冲通过管子44次后，在特殊镜子的帮助下，它们被耦合并压缩，收缩到32万亿分之一秒（飞秒），相当于大约百分之一毫米的长度。研究人员用脉冲激光系统演示了成果，目前正在DESY建立超短脉冲激光系统，用于等离子体加速应用。

第二步，科学家们将压缩后的激光脉冲送入另一个氪管。在通过12次以及另一个镜像压缩器之后，脉冲只有13飞秒或4微米，这对应于大约90的总压缩因子。这是第一次通过皮秒脉冲的后压缩产生持续时间仅为几个光学周期的激光脉冲。然而，为保护氪管中使用的银镜，第二步的脉冲能量必须减半，只有不到一半的脉冲能量保留在第二阶段。然而，研究人员看到了许多优化的可能性，并认为使用千瓦激光操作是可行的。这将为超快物理学和等离子体加速等领域开辟新的可能性。