自适应光学刷新激光强度记录

由于自适应光学系统的聚焦更加紧密，韩国的研究人员打破了他们自己的高激光强度记录。韩国光州相对论激光科学中心(CoReLS)的团队使用实验室的4-PW Ti:蓝宝石激光器获得了1.1(±0.2)× 1023 W/cm2的峰值激光强度。来自千瓦级激光器的光束被聚焦到仅1.1 μm的光斑大小。该中心在两年前报告了之前的激光强度记录为5 × 1022W/cm2。

自适应光学以消除地面天文观测中的大气“闪烁”而闻名，也使这些高强度激光发射成为可能。从光的产生到近场摄像机，实验光束通过一组校正器：部分反射镜、变形镜和波前传感器。第一个变形镜直径为100毫米，是一个带有Shack-Hartmann波前传感器的闭环系统的一部分。第二个可变形镜直径为310mm，有127个激活器。

在靶室内部有一个有效焦距300毫米的f/1.1离轴抛物面镜，用于聚焦高功率光束接近衍射极限，到需要达到记录激光强度的微小光斑。据韩国光州科学技术研究所的物理学教授、CoReLS主任、OSA研究员Chang Hee Nam表示，2019年的实验使用了f/1.6离轴抛物面镜，它没有像f/1.1模型那样紧密地聚焦光束。Nam说，将28厘米宽的千瓦级激光束聚焦到1微米多一点的宽度是“不简单的”。使用高精度六轴支架和抛物面镜有助于完成这项任务，自2014年以来该团队一直在使用4-PW激光器，多年来积累了丰富的经验。

CoReLS的科学家们将使用1023 W/cm2的激光束来研究强场量子电动力学(QED)。高强度激光束是“探索相对论性电子和光子相互作用，或光子-光子散射的基本工具，” Nam说。激光可以将电子加速到GeV能量，用于研究GeV电子的散射，超高强度激光脉冲可以模拟宇宙中黑洞、超新星等地方发生的强场QED过程。 韩国团队也意识到了全球对更大、更亮激光器的竞争。“其他实验室正在激光功率和激光强度方面追赶我们，” Nam博士说。“当我们在2016年开发出4-PW激光器时，它是世界上最强大的激光器，这是超大功率激光器发展超过10年的成果。”

图：利用f/1.1离轴抛物面镜紧密聚焦多兆瓦的激光束，得到了聚焦强度超过1023 W/cm2的质子加速激光-物质相互作用室。