Чуждестранен екип разработва нов начин за създаване на лазерни импулси с 1,000 пъти повече мощност!

Наскоро учени в съвместно проучване използваха компютърни симулации, за да демонстрират нов метод за компресиране на светлината, за да увеличат интензитета й достатъчно, за да извлекат частици от вакуум и да изследват природата на материята.
За да постигнат това, трите изследователски групи обединиха усилията си, за да създадат много специално огледало - такова, което не само отразява светлинните импулси, но и ги компресира във времето с коефициент повече от 200, с потенциал за допълнително компресиране.
Екипът от университета в Стратклайд, UNIST и GIST излезе с проста идея - да използва градиенти в плътността на плазмата (напълно йонизирана материя), за да "групира" фотони, подобно на набор от разтегнати автомобили! при среща със стръмен хълм. Това може да революционизира следващото поколение лазери, увеличавайки тяхната мощност повече от милион пъти от това, което е постижимо днес.
Този нов метод за компресиране на лазерни импулси в плазма е публикуван в списанието Nature Photonics.
Най-мощните лазери в света имат пикова мощност от около 10 ударни вата. В този контекст 173 бита-вата (173 x 1015 W) слънчева светлина достига горната атмосфера на Земята, като около една трета от нея достига земната повърхност. Бит-ват е 1015 W, еват е 1018 W, а зефир-ват е 1021 W. Слънцето произвежда 4x1026 вата електричество или 400000 зетавата.
Високомощните лазери произвеждат светлинни импулси с много кратка продължителност, обикновено няколко фемтосекунди (1 фемтосекунда=10-15 секунди), което се постига чрез техника, наречена усилване на чирпирани импулси (CPA), която включва компресия на импулса, като по същество концентрира енергията на лазерен импулс за кратък период от време, като по този начин увеличава пиковата му мощност с много порядъци.
Професор Дино Ярошински от катедрата по физика в университета в Стратклайд каза: „Важен и фундаментален въпрос е какво се случва, когато интензитетът на светлината надвиши обичайните за Земята нива. Лазерите с висока мощност позволяват на учените да отговорят на фундаментални въпроси за природата на материята и вакуума и за изследване на така наречената граница на интензитета."
„Прилагането на лазери от терават до бийт-ват към материята дава възможност за разработването на следващото поколение педали за лазерен плазмен газ, които са хиляди пъти по-малки от конвенционалните педали за газ. Осигуряването на учените с нови инструменти променя начина, по който се провеждат научните изследвания Създадохме Шотландския център за приложения на плазмени ускорители (SCAPA) в Университета на Стратклайд, за да усъвършенстваме приложенията, базирани на лазери с висока мощност."
Професор Мин Сип Хър от UNIST каза: „Резултатите от това изследване се очаква да бъдат приложими в различни области, включително напреднала теоретична физика и астрофизика. Може да се използва и в изследвания на лазерен синтез, за ​​да помогне за решаването на енергийните проблеми, пред които е изправено човечеството. Нашият съвместен корейски и британски екип планира експериментално да потвърди тези идеи в лабораторията."
Проф. Hyyong Suk от GIST каза: „Плазмата може да играе подобна роля в CPA система като конвенционалната дифракционна решетка, но това е материал, който няма да бъде унищожен. Следователно, тя ще подобри конвенционалната CPA технология, като включва много проста допълнителен компонент. Дори ако плазмата е с размери само няколко сантиметра, тя може да се използва в лазери с пикови мощности над 100 милиона вата."
Един милиард вата и нула вата вече наистина са много големи мощности, но тяхната интензивност може да бъде значително увеличена чрез просто използване на лещи или извити огледала за фокусиране на лазерния импулс върху малко място, за да се концентрира енергията му. Подобно на компресирането на лазерен импулс във времето до по-кратка продължителност, същото нещо може да се направи, за да компресирате импулса в пространството, т.е. да го фокусирате в малка точка. Така че компресията, в пространството или във времето, позволява увеличаване на интензитета на лазерния импулс по много общ начин. Пространствената компресия може лесно да бъде тествана чрез използване на леща за фокусиране на слънчевата светлина върху лист хартия; ще се запали спонтанно.
Материята претърпява различни промени с нарастваща интензивност. Например, йонизацията на въздуха при видими дължини на вълната надвишава 1010-1012 W/cm2 и когато електроните са подложени на лазери с интензитет над 1018 W/cm2, те се доближават до скоростта на светлината, което води до царството на релативистичната оптика.
При интензитет от 1024 W/cm2 и повече, протоните се доближават до скоростта на светлината и частиците, изпитващи силно лазерно поле, реагират със собственото си радиационно поле, което е текущата граница на интензитета във физиката. При интензитет над 1029 W/cm2, добре известната граница на Швингер, частиците се създават директно от вакуумна светлина и могат да бъдат преобразувани директно в материя. Това изисква AiW към ZiW лазери.
Разбирането на природата на материята и вакуума при интензитети над 1024 W/cm2 е едно от изключителните предизвикателства на съвременната физика. Високомощните лазери също така позволяват изследването на астрофизични явления в лабораторията, предоставяйки уникална представа за вътрешността на звездите и произхода на Вселената.