Lasers ultra-intensos com pulsos ultra-curtos e energias ultra-altas são ferramentas poderosas para explorar desconhecidos da física, cosmologia, ciência material, etc. Com a ajuda da amplificação de pulso chirped (CPA) (Prêmio Nobel de Física 2018), o recorde atual atingiu 10 petawatts (ou 10 ¹⁶ Watts). Em um estudo publicado recentemente em Relatórios Científicos , pesquisadores da Universidade de Osaka propuseram um conceito para lasers ultra-intensos de próxima geração com potência de pico simulada até a classe dos exawatts (1 exawatt é igual a 1000 petawatts).

O laser, que foi inventado pelo Dr. T. H. Maiman em 1960, tem uma característica importante de alta intensidade (ou alta potência de pico para lasers de pulso):Historicamente, a potência de pico do laser passou por um desenvolvimento em duas fases. Logo após o nascimento do laser, As tecnologias de comutação Q e bloqueio de modo aumentaram a potência de pico do laser para quilowatt (10 ³ Watt) e gigawatt (10 ⁹ Níveis de Watt). Depois que a tecnologia CPA foi inventada por Gérard Mourou e Donna Strickland em 1985, pelo qual o dano material e a não linearidade óptica foram evitados, a potência de pico do laser foi dramaticamente aumentada para terawatt (10 ¹² watt) e petawatt (10 ¹⁵ watt). Hoje, dois lasers CPA de 10 petawatt foram demonstrados na Europa (laser ELI-NP) e na China (laser SULF), respectivamente.

Atualmente, a escala das instalações de lasers petawatt em todo o mundo é muito grande e o investimento em projetos também é muito alto. A próxima etapa para futuros lasers ultra intensos é aumentar ainda mais a potência de pico, comprimindo a duração do pulso em vez de aumentar a energia do pulso.

Em seu estudo anterior ( OSA Continuum , DOI:10.1364 / OSAC.2.001125), este grupo desenvolveu um novo design, amplificação de pulso chirped paramétrico óptico não colinear de ângulo amplo (WNOPCPA), para aumentar o espectro amplificado e, consequentemente, reduzir o pulso comprimido. O principal mecanismo do WNOPCPA é aumentar a largura de banda geral usando uma bomba de feixe múltiplo, que corresponde a diferentes espectros amplificados. "Contudo, a interferência da bomba, além de possíveis danos induzidos, é um problema potencial na aplicação de WNOPCPA a um grande projeto, "explica o autor correspondente Zhaoyang Li.

Neste novo design aprimorado, usando um WNOPCPA com bomba de dois feixes e combinação de fases cuidadosamente otimizada, a interferência da bomba é completamente evitada, e uma largura de banda ultra-larga com dois espectros largos é alcançada, resultando em Amplificação de laser de alta energia <10 fs. Quando este laser é combinado com a tecnologia de pós-compressão, o alargamento espectral induzido por efeitos não lineares é significativamente aumentado, e a simulação mostra que o registro da maior potência de pico pode ser empurrado para a classe dos exawatts.

"Este projeto tem duas vantagens:uma é a amplificação de banda ultralarga em WNOPCPA e a outra é o aprimoramento do alargamento espectral não linear na pós-compressão. Esta pesquisa pode fornecer uma maneira possível de aumentar ainda mais a potência de pico do laser, até mesmo para a classe de exawatt, "diz Zhaoyang Li.