Физики установили рекорд лазерного усиления — Naked Science
29.05.2017
6 минут
Редакция
57

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.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 14:48
26 минут
Александр Березин

Земная атмосфера 2,7 миллиарда лет назад состояла в основном из углекислого газа — и было его там до тысячи раз больше, чем сегодня. При этом азота почти не было, хотя сегодня его в воздухе 78%. Выходит, наша газовая оболочка по составу была близка к марсианской. Как ни странно, эти дела давно минувших дней актуальны для ответа на вопрос о будущем выживании человечества. Похоже, предсказание Стивена Хокинга о гибели всего живого из-за превращения Земли в Венеру не сбудется. Разбираемся, почему так и как одно связано с другим.

Вчера, 13:56
4 минуты
Илья Ведмеденко

Американские военные пришли к выводу, что новейший эсминец можно эксплуатировать в условиях больших волн. Безопасность корабля в значительной степени объясняется его конструкцией, обеспечивающей малозаметность.

Вчера, 13:05
3 минуты
Полина Гершберг

Ученые создали информационную панель, показывающую распространение китайского коронавируса по миру в режиме реального времени. Данные вносятся из подтвержденных источников — это поможет бороться с дезинформацией.

25 января
3 минуты
Денис Гордеев

Вирус, который уже унес жизни 41 человека, породил новую волну популярности игры 2012 года.

24 января
35 минут
Александр Березин

Новый коронавирус — «родственник» старой атипичной пневмонии — уже привел к смерти 26 человек. Считается, что им может быть заражено несколько тысяч. И точно известно, что эпидемия вышла за пределы Китая. Но это не повод впадать в панику. Мы собрали всю известную информацию и попробовали ответить на главные вопросы о новой болезни.

Позавчера, 14:48
26 минут
Александр Березин

Земная атмосфера 2,7 миллиарда лет назад состояла в основном из углекислого газа — и было его там до тысячи раз больше, чем сегодня. При этом азота почти не было, хотя сегодня его в воздухе 78%. Выходит, наша газовая оболочка по составу была близка к марсианской. Как ни странно, эти дела давно минувших дней актуальны для ответа на вопрос о будущем выживании человечества. Похоже, предсказание Стивена Хокинга о гибели всего живого из-за превращения Земли в Венеру не сбудется. Разбираемся, почему так и как одно связано с другим.

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.

25 января
3 минуты
Денис Гордеев

Вирус, который уже унес жизни 41 человека, породил новую волну популярности игры 2012 года.

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.

[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: