Физики установили рекорд лазерного усиления — Naked Science
6 минут
Редакция

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, 20:30
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

Вчера, 14:08
8 минут
Александр Березин

Исследователь из Гарварда проанализировал вероятность полного оледенения всей поверхности — включая экватор — для планет земного типа. Оказалось, это частый сценарий. И он может быть причиной уничтожения всей сложной жизни. Работа показывает неожиданную уязвимость нашей планеты для такого хода событий. По расчетам, в последние 20 тысяч лет Земля прошла буквально в нескольких градусах от полного и постоянного оледенения, исключающего выживание крупных наземных многоклеточных.

8 часов назад
3 минуты
Виктория Сафронова

Сервис Google Earth провел крупнейшее обновление с 2017 года и предложил пользователям увидеть планету в новом измерении — временном.

13 апреля
5 минут
Илья Ведмеденко

Согласно представленным данным, строительству российской орбитальной станции дали зеленый свет. Практическая реализация программы должна начаться вскоре.

13 апреля
5 минут
Ольга Иванова

Ученые из Австралии узнали, на протяжении какого периода времени сохраняется эффект эйфории после употребления марихуаны. Это необходимо, например, для более эффективного применения лекарств на основе каннабиса или понимания того, сколько времени необходимо, чтобы сесть за руль.

Позавчера, 18:38
14 минут
Василий Парфенов

Новое масштабное журналистское расследование собрало воедино самые вопиющие факты коррупции, махинаций с официальной статистикой и игнорирования пандемии на государственном уровне.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

26 марта
12 минут
Василий Парфенов

Похоже, история с американскими военными и «неопознанными воздушными феноменами» только набирает обороты. Новое расследование раскрыло многократные встречи нескольких кораблей Военно-морского флота Соединенных Штатов с аномально ведущими себя летательными аппаратами. Причем происходило это вне пределов досягаемости для любого коммерческого дрона или иного известного компактного БПЛА.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: