Створено лазер із найвищою піковою потужністю
У Китайській академії інженерної фізики створено лазер, здатний генерувати імпульси потужністю 4,9 петаватта - це в 500 разів більше, ніж потужність усіх електростанцій світу.
Досягти такого результату вдалося за рахунок використання методу, відомого як посилення чірпованих імпульсів (Chirped pulse amplification, CPA): лазерний імпульс, що посилюється, спочатку розтягується в просторі, за рахунок чого його потужність падає, потім посилюється, а в кінці збирається назад за допомогою так званих дифракційних. дзеркал великих розмірів. Виглядають ці дзеркала якось так:
Свою назву метод отримав через спосіб, яким відбувається розтягування імпульсів: їх пропускають через спеціальні дисперсійні елементи, в яких швидкість поширення світлових хвиль з різною довжиною різна хвилі. Прикладом такого елемента є звичайна скляна призма: саме через дисперсію світловий промінь у призмі розпадається у веселку. Картинка нижче, гадаю, знайома всім.
Коли лазерний імпульс проходить через дисперсійний елемент, хвилі з різною довжиною хвилі, з яких він складається, біжать з різною швидкістю, і на виході виходить, що одні хвилі втекли вперед, інші відстали — утворився довгий імпульс. Якщо тепер пропустити його назад через ту ж дисперсійну систему або систему з такими самими дисперсійними властивостями, то цей довгий імпульс збереться назад в короткий імпульс.
Розтягнутий імпульс має характерну рису - уздовж його довжини частота світла плавно змінюється. Схоже влаштовано трель деяких дрібних пташок - вони спочатку видають високі звуки, потім плавно знижують частоту. Chirp англійською якраз і означає "трель".
Величезна потужність одержуваних імпульсів значить, проте, що їм потрібно величезнекількість енергії. Справа в тому, що вони мають дуже малу тривалість. В роботі, що обговорюється, вченим вдалося стиснути імпульс до 18,6 фемтосекунд (10?1⁵ секунд) — це всього в 6 разів більше, ніж час, за який світло робить одне коливання в такій світловій хвилі. За рахунок такої малої тривалості для досягнення рекордної потужності знадобилася енергія імпульсу рівна всього 91,1 Дж. Таку енергію має, наприклад, цегла, що впала з другого поверху, — не так вже й багато для рекорду.
Імпульси настільки високої потужності застосовуються для прискорення до високих енергій електронів та іонів, створення надяскравих джерел рентгена та гамма-променів, генерації станів, що зустрічаються в надрах планет та зірок, та багатьох інших досліджень.
Знайдені дублікати
Мені, відверто кажучи, не дуже зрозуміло на які спектральні складові і якою "призмою" розчепірюють початковий промінь, бо він за визначенням має високий ступінь когерентності.
Так, все вірно, йдеться саме про це.
За таких енергій швидше за все дзеркалами "розчепірюють". На 20 фс імпульс повинен мати спектр пару сотень нанометрів завширшки. Це вже майже половина видимого спектру (якщо перенести із ІЧ). Тож є чого розчепірювати. Взагалі всі надкороткі імпульси вже "умовно когерентні" саме через дуже широкий спектр. А аттосекундні імпульси назвати когерентними вже зовсім не можна.
Дивно, чому мінусять Вашу відповідь через те, що вона правильна?
Лазерне випромінювання не обов'язково має бути монохроматичним і когерентним, як зазвичай чомусь вважають (LASER = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Якщо розглядати монохроматичність, то не можна отримати одночасно короткий лазерний імпульс із маленькою спектральною шириною. Якщоцентральна довжина хвилі генерації 1064 нм (YAG), а тривалість 18.6 fs, спектральна ширина буде 630 нм, що найбільше оптичного діапазону (400-700 нм) приблизно в 2 рази. Так що так є що розкласти дисперсійним елементом.
Справді. Джерело найшвидших процесів, коли-небудь створених людиною, та найвищої щільності потужності. Десятки методів нелінійної спектроскопії. Мікроскопи з наддозвілами. Обробка матеріалів. Амбіційні проекти лазерного термоядерного синтезу в Україні, США та Франції, wake-field прискорювачі, тисячі гігантських установок за мільярди доларів, створених у всьому світі. Rocoon не подобається, посон, згортаємося.
Когерентне випромінювання який завжди монохроматичне (хоча частіше так). Фемтосекундні лазери взагалі дуже відрізняються від безперервних лазерів, про які ми звикли чути. Дивись.
Монохроматична хвиля за визначенням – синус. Тобто нескінченно довга періодична функція. У житті, звісно ж, немає нічого нескінченно довгого, отже будь-яка хвиля не монохроматична. Однак, якщо йдеться про побутову лазерну указку — це розбіжність дуже маленька. Справді, тривалість її роботи становить секунди, а довжина одного періоду оптичних коливань
2*10^-15с Тобто відношення тривалості імпульсу до періоду близько 10^15. Колосальна величина, яка дозволяє нам вважати, що імпульс звичайної лазерної указки — майже монохромат.
В цілому, в радіофізиці є співвідношення, що говорить, що відношення ширини спектра до центру цього спектра не менше ніж відношення періоду коливань до тривалості імпульсу. У цьому випадку це означає, що спектр не може бути вже, ніж
10^-15 несучої частоти, але це мізерна ширина, і все добре. Однак, коли ми говоримо профемтосекундних лазерах – ситуація кардинальним чином змінюється. Якщо тривалість імпульсу становить кілька фемтосекунд - це означає, що вона майже дорівнює періоду. У статті написано, що тут тривалість шість періодів оптичного коливання.
Таке випромінювання цілком очевидно перестав бути монохроматичним. Як видно із співвідношення вище, у нього відношення ширини спектра до несучої частоти не менше, ніж 1/6. Реально більше, тому що й інші причини розширення. Усі без винятку фемтосекундні системи не монохроматичні. Інакше не буває і не може бути. Такі імпульси створюються так званим методом синхронізації гармонік, потім посилюються за допомогою CPA або OPCPA. Принцип цих методів написано у статті, відмінності там у деталях.
Синхронізація гармонік - це коли лазер генерує відразу багато "квітів", а потім, за допомогою спеціального нелінійного елемента, зводить їх разом у потрібній фазі, створюючи з шуму низку дуже гострих і високих піків. Іноді це називають "фокусуванням у часі" за аналогією з фокусуванням у просторі, коли зводять багато променів в одну точку. Принцип тут той самий.