29.05.2017
Редакция Naked Science
122

Физики установили рекорд лазерного усиления

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

strathclydel
©Wikipedia

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.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 17:08
Александр Березин

КНР выпустила демографические данные за прошлый год, и они показали необычайно резкое сокращение рождаемости. Более ранний прогноз о двукратном падении численности китайцев в этом столетии начинает приобретать конкретные очертания.

Вчера, 11:00
Сергей Васильев

Новые измерения свойств минерала из глубоких слоев мантии показали, что ядро планеты теряет тепло в полтора раза активнее, чем полагали до сих пор.

Вчера, 21:16
Илья Ведмеденко

Перспективный российский многоцелевой самолет «Байкал» оторвался от земли. Первый полноценный полет машина должна выполнить до конца января.

Вчера, 11:00
Сергей Васильев

Новые измерения свойств минерала из глубоких слоев мантии показали, что ядро планеты теряет тепло в полтора раза активнее, чем полагали до сих пор.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

Вчера, 17:08
Александр Березин

КНР выпустила демографические данные за прошлый год, и они показали необычайно резкое сокращение рождаемости. Более ранний прогноз о двукратном падении численности китайцев в этом столетии начинает приобретать конкретные очертания.

26.12.2021
Александр Березин

Российская тяжелая ракета имеет все шансы взлететь после Starship, хотя ее начали создавать на 20 лет раньше, да и по параметрам она радикально уступает детищу Илона Маска. Попробуем разобраться, почему любая попытка создать классическую ракету в наши дни — пустая трата времени и средств. А заодно дать ответ на вопрос, какую космическую ракету на самом деле стоит создавать России.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

19.12.2021
Александр Речкин

Корпорация Илона Маска с 2012 года разрабатывает космический корабль, который может изменить правила игры в космической отрасли. Starship, как его называют, должен стать многоразовой транспортной системой, способной доставить на Красную планету до 100 человек за раз.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: