超短泵浦 激光脉冲与 10 NM 厚的类金刚石碳箔 (DLC) 相互作用。相互作用区域由具有大光谱的探测激光脉冲照射，其各种颜色以不同的相互作用时间(时间啁啾)到达。这些时间延迟的颜色通过目标传输并使用光栅衍射，因此可以通过相机捕获与特定相互作用时间相对应的每种颜色的传输。基于包括固体和等离子体状态的高级相互作用模型的计算机模拟可以重现测量的传输曲线。
在过去的半个世纪里，固体与高强度超短激光脉冲的相互作用促成了重大技术突破。一方面，固体的激光烧蚀为医疗或电信设备中的元件微加工和小型化提供了可能。另一方面，使用强激光加速固体中的离子束可能为基于激光的质子治疗癌症、聚变能研究和文化遗产分析开辟新的机会。然而，为了将激光烧蚀性能提升到纳米级(纳米 (nm) 等于十亿分之一米)，并将激光驱动的离子加速应用于工业和医疗领域，仍需要克服挑战。
在超短激光脉冲与固体靶相互作用的过程中，固体靶在极短的时间内(不到一皮秒 (ps);1 ps 等于一万亿分之一秒)演变为电离状态或等离子体，其中发生了多个复杂且耦合的物理过程，但它们之间的相互作用仍未完全了解。由于目标演化速度极快，相互作用的初始阶段，即等离子体形成，在实验中很难实现。因此，迄今为止，在描述这种相互作用的大多数数值模型中，这种超快固体到等离子体的转变(为烧蚀或粒子加速等后续过程设定了初始条件)都是通过粗略的假设来处理的。
在《光：科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，一个国际科学家团队，包括来自德国耶拿亥姆霍兹研究所和耶拿弗里德里希席勒大学的 Yasmina Azamoum 和 Malte C. Kaluza、来自法国卢米埃尔马提埃研究所的 Stefan Skupin、来自法国原子能委员会 (CEA-Cesta) 的 Guillaume Duchateau 和合著者，在阐明超快激光诱导的固体到等离子体的转变以及深入了解基本过程的相互作用方面取得了重要一步。
他们提出了一种尖端的全光学单次探测技术，可以完全可视化目标的动态，从冷固体通过电离阶段到过密等离子体。这是通过使用具有宽带光谱的激光探测脉冲实现的，该脉冲照亮了泵浦脉冲与纳米厚的类金刚石碳箔的相互作用。由于时间啁啾，探测脉冲的不同颜色在相互作用的不同时间到达。因此，可以用单个探测脉冲捕获透射探测光中编码的目标状态的演变。与传统的泵浦探测方法相比，这种单次探测技术具有优势，在传统的泵浦探测方法中，探测过程必须由泵在探测的每次延迟时相同地重现。这在使用高功率激光系统时尤其重要，因为高功率激光系统通常会受到强烈的脉冲间波动的影响。
此外，科学家们还证明，为了正确解释测量的探针传输曲线，准确描述早期的固体到等离子体的转变至关重要。他们开发了一个两步相互作用模型，其中第一步考虑目标在固态时的电离动力学，第二步考虑目标在等离子体状态时的电离动力学。该模型提供了具有高时间和空间分辨率(分别为亚皮秒和纳米)的目标状态的详细演变，以及对电离动力学、粒子碰撞和等离子体流体动力学膨胀等基本过程相互作用的前所未有的洞察。
这种新探测技术的结果及其解释必将有助于更深入地了解各种目标动力学，并更好地理解潜在的物理过程。这些成果很可能有助于超越传统的超快激光材料加工方法，并使激光加速离子技术可用于社会应用.
免责声明：本文由用户上传，如有侵权请联系删除！
