Физики установили рекорд лазерного усиления — Naked Science
29.05.2017
6 минут
Редакция
55

Физики установили рекорд лазерного усиления

Международная группа физиков разработала лазерный усилитель, который может повышать энергию лазерных импульсов в сто миллионов раз.

strathclydel

Технологии усиления лазерных импульсов широко используются в телекоммуникационных системах, а также оптических экспериментах. Высокоинтенсивное излучение помогает, в частности, воссоздавать процессы и условия внутри звезд, изучать рождение электрон-позитронных пар. Несмотря на разные подходы к реализации, в основе лазерного усиления лежит общий механизм. Первоначально сигнальный импульс взаимодействует со средой, имеющей избыток энергии (например, возбужденными атомами оптоволокна). Затем генерация фотонов средой синхронизируется с фотонами импульса, и дополнительные кванты усиливают последний. В случае полупроводниковых усилителей сигнал в результате может усиливаться в тысячи раз.

 

Однако с ростом интенсивности излучения возможности для усиления ограничиваются: мощный поток фотонов деформирует материал усилителя. Поэтому разработка высокоэнергетических систем требует применения дорогих и сложных в эксплуатации установок. В качестве альтернативы рассматривается использование в роли среды плазмы. Поскольку она представляет собой ионизированный (фактически «разрушенный») газ, фактор прочности материала нивелируется. Тем не менее, до сих пор прототипам плазменных усилителей лазерного излучения удавалось увеличить энергию импульса лишь в 350 раз — с 16 микроджоулей до 5,6 миллиджоуля. Авторы новой работы описали эксперимент, в котором усилили сигнал на восемь порядков — с сотен пикоджоулей до 100 миллиджоулей.

 

Эксперимент заключался в следующем. На первом этапе, с помощью 10-пикосекундных лазерных импульсов энергией до 100 джоулей, ученые формировали водородную плазму. Параллельно они генерировали более слабый импульс с энергией около сотен пикоджоулей. Из-за высокой энергии первого лазера в плазме возникали нелинейные процессы: взаимодействие импульсов порождало в среде волны, отражающие часть из них. В результате разный объем энергии переходил к сигнальному импульсу. С флуктуацией плазмы между тем оказалось связано порядка половины этого объема, что ограничивает применение технологии. По словам ученых, уменьшение мощности основного лазера позволяет снизить долю шумов. Эффективность усиления они оценили в 10 процентов.

 

Подробности работы представлены в журнале Scientific Reports.

 

Сейчас для передачи данных по оптоволоконным сетям используется, как правило, полупроводниковый лазер S-DFB, который был разработан в 1970-х годах. В 2014 году стало известно, что исследователи из Калифорнийского технологического института испытали модификацию системы: помимо полупроводника она предполагает применение кремниевого слоя, практически не поглощающего фотоны. За счет сужения диапазона частот (примерно в 20 раз) обеспечивается рост пропускной способности канала. Наиболее мощным на сегодняшний день импульсным лазером выступает LFEX (Laser for Fast Ignition Experiments) — о его создании японские физики объявили в 2015 году. Установка может генерировать пикосекундные импульсы мощностью в два петаватта.

Позавчера, 15:12
1 минута
Илья Ведмеденко

В Соединенных Штатах провели церемонию спуска на воду USS Cooperstown (LCS 23) — корабля прибрежной зоны Littoral Combat Ship типа Freedom. В скором времени он пополнит состав ВМС США.

Позавчера, 09:37
7 минут
Сергей Васильев

Магнитосфера Земли была достаточно сильной еще до того, как у планеты появилось внутреннее ядро и заработал механизм «геомагнитного динамо»: похоже, на первых этапах ее подпитывал совершенно другой механизм.

Позавчера, 14:50
34 минуты
Александр Березин

SpaceX рассчитывает к 2050 году создать на Марсе колонию на миллион человек. Звучит абсурдно: осталось всего 30 лет, а до первого полета на Марс еще многие годы. Некоторые ученые, включая российских, считают планы Маска «фантазией» и «пропагандой». Тем не менее сама по себе постройка миллионной колонии на Красной планете вполне реальна. Разберемся, почему и отчего в это так трудно поверить остальному миру.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

17 января
7 минут
ТГУ

Старший научный сотрудник лаборатории «Гербарий» БИ ТГУ Вера Костикова совместно с новосибирскими коллегами выявила ценные лекарственные свойства у спиреи – кустарника, используемого в озеленении городов и дачных участков. Фитохимическое исследование показало, что растение обладает противовирусной и антиоксидантной активностью, что делает его перспективным для использования в медицине.

19 января
23 минуты
Редакция

Возраст планеты, на которой мы живем, – примерно 4,54 миллиарда лет. И большую часть этого времени она была совершенно не похожа на ту Землю, которую мы знаем. Даже самые экзотические планеты за пределами Солнечной системы, возможно, не столь интересны, как наша родная в некоторые моменты ее истории. Наденем скафандр, сядем в машину времени – и представим себя инопланетными путешественниками, посетившими нашу систему в ее ранние времена.

16 января
5 минут
Илья Ведмеденко

Исследователей в очередной раз удивили привычки кошек: как оказалось, они не прочь питаться одним человеческим трупом на протяжении месяца, несмотря на наличие других тел.

18 января
26 минут
Александр Березин

Многие считают зимнее купание «церковным обычаем». Однако на деле Церковь всегда выступала против него, считая нехристианским, и вредным для здоровья. При всей внешней разумности этой позиции, на самом деле, такие купания могут быть даже полезны — но не для всех. Выясняем, как именно и почему.

7 января
44 минуты
Александр Березин

Вашингтон и Тегеран близки к войне как никогда за последние годы. Но, скорее всего, США не пойдут дальше ограниченных ударов. Слишком уж неприятные последствия имели предшествующие силовые операции Штатов в Иране. Попробуем разобраться, что именно их остановит на этот раз.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: