通过等离子体中的前向拉曼放大产生高功率空间结构激光脉冲

具有可调强度、波长和时空分布的空间结构光在基础科学和应用科学中显示出巨大潜力，包括超快和高场物理。然而，由于传统增益介质的限制，产生或放大这种光以达到极高功率仍然具有挑战性。基于我们最近提出的前向拉曼放大机制，我们在此开发了一种通用的基于等离子体的放大方案，能够产生高功率结构激光束，包括涡旋光束、贝塞尔光束和艾里光束。通过理论建模和多维粒子模拟，我们证明了一个初始强度为1e12 W/cm2的近红外结构种子激光器可以通过FRA实现1e4~1e5倍的强度放大，随后自压缩至亚周期持续时间，峰值功率达到拍瓦级。得益于其极高的放大增长率，FRA过程仅需飞秒级的相互作用时间和亚毫米级的等离子体传播距离，有效抑制了伴随的等离子体不稳定性。高输出强度1e17 W/cm2、紧凑性（<500 um）、高时间对比度、对多种结构光束的普适适用性以及相对容易实现的共传播配置，共同使FRA成为产生拍瓦级空间结构光的一种颠覆性方法，为高场物理和超快科学中的前所未有的应用开辟了道路。