Les lasers ultra-intenses à impulsions ultra-courtes et ultra-hautes énergies sont des outils puissants pour explorer les inconnues de la physique, cosmologie, science matérielle, etc. Avec l'aide de l'amplification d'impulsions chirpées (CPA) (prix Nobel de physique 2018), le record actuel a atteint 10 pétawatts (ou 10 ¹⁶ Watt). Dans une étude publiée récemment dans Rapports scientifiques , des chercheurs de l'Université d'Osaka ont proposé un concept de lasers ultra-intenses de nouvelle génération avec une puissance de crête simulée allant jusqu'à la classe de l'exawatt (1 exawatt équivaut à 1 000 pétawatts).

Le laser, qui a été inventé par le Dr T. H. Maiman en 1960, a une caractéristique importante de haute intensité (ou puissance de crête élevée pour les lasers à impulsions) :historiquement, la puissance de crête du laser a connu un développement en deux étapes. Juste après la naissance du laser, Les technologies de commutation Q et de verrouillage de mode ont augmenté la puissance de crête laser à kilowatt (10 ³ Watt) et gigawatt (10 ⁹ Watts). Après l'invention de la technologie CPA par Gérard Mourou et Donna Strickland en 1985, par lequel les dommages matériels et la non-linéarité optique ont été évités, la puissance de crête du laser a été considérablement augmentée à térawatt (10 ¹² watt) et pétawatt (10 ¹⁵ watts). Aujourd'hui, deux lasers CPA de 10 pétawatts ont été démontrés en Europe (laser ELI-NP) et en Chine (laser SULF), respectivement.

Maintenant, l'échelle de l'installation des lasers pétawatt dans le monde est très grande et l'investissement dans le projet est également très élevé. La prochaine étape pour les futurs lasers ultra-intenses consiste à augmenter encore la puissance de crête en comprimant la durée d'impulsion au lieu d'augmenter l'énergie d'impulsion.

Dans leur étude précédente ( Continuum de l'AOS , DOI :10.1364/OSAC.2.001125), ce groupe a développé un nouveau design, amplification d'impulsions paramétriques optiques non colinéaires grand angle (WNOPCPA), pour augmenter le spectre amplifié et réduire en conséquence l'impulsion comprimée. Le mécanisme clé de WNOPCPA est d'augmenter la bande passante globale en utilisant une pompe à faisceaux multiples, ce qui correspond à différents spectres amplifiés. "Toutefois, l'interférence de la pompe, en plus des dommages possibles induits, est un problème potentiel dans l'application de WNOPCPA à un projet énorme, " explique l'auteur correspondant Zhaoyang Li.

Dans cette conception nouvellement améliorée, en utilisant un WNOPCPA pompé à deux faisceaux et un accord de phase soigneusement optimisé, l'interférence de la pompe est complètement évitée, et une bande passante ultra-large bande avec deux larges spectres est réalisée, résultant en Amplification laser à haute énergie <10 fs. Lorsque ce laser est associé à la technologie post-compression, l'élargissement spectral induit par les effets non linéaires est significativement amélioré, et la simulation montre que le record de la puissance de crête la plus élevée peut être poussé à la classe des exawatts.

"Cette conception présente deux avantages :l'une est l'amplification ultra-large bande dans WNOPCPA et l'autre est l'amélioration de l'élargissement spectral non linéaire en post-compression. Cette recherche peut fournir un moyen possible d'augmenter encore la puissance de crête du laser, même jusqu'à la classe exawatt, " dit Zhaoyang Li.