Лазерные импульсы рекордной интенсивности

Исследователи продемонстрировали рекордно высокую интенсивность лазерного импульса, превышающую 1023 Вт / см2, с помощью петаваттного лазера в Центре релятивистской лазерной науки (CoReLS) Института фундаментальных наук в Республике . Чтобы достичь такой интенсивности лазера, потребовалось более десяти лет, что в десять раз больше, чем сообщила группа ученых из Мичиганского университета в 2004 году. Эти световые импульсы сверхвысокой интенсивности позволят исследовать сложные взаимодействия между светом и веществом способами, которые ранее были невозможны.


Мощный можно использовать для изучения явлений, которые, как считается, ответственны за появление мощных космических лучей, энергия которых превышает квадриллион (1015) электронвольт (эВ). Хотя ученые знают, что эти лучи исходят откуда-то за пределами нашей солнечной системы, как они создаются и что их формирует, было давней загадкой.

«Этот высокоинтенсивный лазер позволит нам исследовать астрофизические явления, такие как электрон-фотонное и фотон-фотонное рассеяние в лаборатории», — сказал Чанг Хи Нам, директор CoReLS и профессор Института науки и технологий Кванджу. «Мы можем использовать его для экспериментальной проверки и получения доступа к теоретическим идеям, некоторые из которых были впервые предложены почти столетие назад».

В ОПТИЧЕСКИЙ, Журнал Оптического общества (OSA), посвященный исследованиям с высокой степенью воздействия, исследователи сообщают о результатах многолетней работы по увеличению интенсивности лазерных импульсов CoReLS-лазера. Для изучения взаимодействия лазерной материи требуется точно сфокусированный лазерный луч, и исследователи смогли сфокусировать лазерные импульсы в пятно размером чуть более одного микрона, что составляет менее одной пятидесятой диаметра человеческого волоса. Новая рекордная интенсивность лазера сравнима с фокусировкой всего света, достигающего Земли от Солнца, в пятно размером 10 микрон.

«Этот высокоинтенсивный лазер позволит нам заняться новой и сложной наукой, особенно квантовой электродинамикой сильного поля, которой в основном занимались теоретики», — сказал Нам. «Помимо помощи нам в лучшем понимании астрофизических явлений, он также может предоставить информацию, необходимую для разработки новых источников радиационного лечения, при котором для лечения рака используются протоны высокой энергии».

Повышение интенсивности пульса

Новое достижение расширяет предыдущую работу, в которой исследователи продемонстрировали фемтосекундную лазерную систему на основе Ti: Sapphire, которая производит импульсы мощностью 4 петаватта (PW) с длительностью менее 20 фемтосекунд при фокусировке в пятно размером 1 микрометр. Этот лазер, о котором сообщалось в 2017 году, производил мощность, примерно в 1000 раз превышающую всю электрическую мощность на Земле, в лазерном импульсе, который длится всего двадцать квадриллионных долей секунды.

Для создания лазерных импульсов высокой интенсивности на цели генерируемые оптические импульсы должны быть очень сильно сфокусированы. В этой новой работе исследователи применяют систему адаптивной оптики для точной компенсации оптических искажений. Эта система включает в себя деформируемые зеркала с регулируемой формой отражающей поверхности для точной коррекции искажений в лазере и генерации луча с очень хорошо контролируемым волновым фронтом. Затем они использовали большое внеосевое параболическое зеркало, чтобы добиться чрезвычайно точной фокусировки. Этот процесс требует аккуратного обращения с фокусирующей оптической системой.

«Наш многолетний опыт, накопленный при разработке лазеров сверхвысокой мощности, позволил нам выполнить сложную задачу по фокусировке PW-лазера с размером луча 28 см в микрометровое пятно для достижения лазерной интенсивности, превышающей 1023 Вт / см2», — сказал Нам.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments