Välismeeskond töötab välja uue viisi 1,000 korda suurema võimsusega laserimpulsside loomiseks!

Hiljuti kasutasid teadlased ühisuuringus arvutisimulatsioone, et demonstreerida uut valguse kokkusurumise meetodit, et suurendada selle intensiivsust piisavalt, et eraldada vaakumist osakesi ja uurida aine olemust.
Selle saavutamiseks on kolm uurimisrühma ühendanud jõud, et luua väga eriline peegel – selline peegel, mis mitte ainult ei peegelda valgusimpulsse, vaid surub need aja jooksul kokku rohkem kui 200 korda, mis võib veelgi kokku suruda.
Strathclyde'i ülikooli, UNISTi ja GIST-i meeskond tuli välja lihtsa ideega – kasutada plasma (täielikult ioniseeritud aine) tiheduse gradiente, et "klastrida" footoneid, sarnaselt väljavenitatud autode komplektiga! järsu mäega kokku puutudes. See võib revolutsiooniliselt muuta järgmise põlvkonna lasereid, suurendades nende võimsust rohkem kui miljon korda, kui on praegu saavutatav.
See uus meetod laserimpulsside kokkusurumiseks plasmas on avaldatud ajakirjas Nature Photonics.
Maailma suurima võimsusega laserite tippvõimsus on umbes 10 vatti. Selles kontekstis jõuab Maa atmosfääri ülemisse kihti 173 beat-vatti (173 x 1015 W) päikesevalgust, millest umbes kolmandik jõuab Maa pinnale. Beat-watt on 1015 W, ewatt on 1018 W ja sefiir-vatt on 1021 W. Päike toodab 4x1026 vatti elektrit ehk 400,{15}} zettavatti.
Suure võimsusega laserid toodavad väga lühikese kestusega, tavaliselt mõne femtosekundi (1 femtosekund=10-15 sekundit) kestvaid valgusimpulsse, mis saavutatakse tehnikaga, mida nimetatakse chirped impulss amplifikatsiooniks (CPA), mis hõlmab impulsi kokkusurumist, mis sisuliselt koondab energiat. laserimpulsi lühikese aja jooksul, suurendades seeläbi selle tippvõimsust mitme suurusjärgu võrra.
Professor Dino Jaroszynski Strathclyde'i ülikooli füüsika osakonnast ütles: "Oluline ja põhiküsimus on see, mis juhtub siis, kui valguse intensiivsus ületab Maal levinud taseme. Suure võimsusega laserid võimaldavad teadlastel vastata põhiküsimustele looduse kohta. mateeria ja vaakumi kohta ning uurida nn intensiivsuse piiri."
"Teravati kasutamine beat-watt laserites aines võimaldab välja töötada järgmise põlvkonna laserplasmagaasi pedaalid, mis on tuhandeid kordi väiksemad kui tavalised gaasipedaalid. Teadlastele uute tööriistade pakkumine muudab teadusuuringute läbiviimise viisi . Oleme Strathclyde'i ülikoolis asutanud Šoti Plasmakiirendi rakenduste Keskuse (SCAPA), et edendada suure võimsusega laseritel põhinevaid rakendusi.
UNISTi professor Min Sip Hur ütles: "Selle uurimistöö tulemused on eeldatavasti rakendatavad paljudes valdkondades, sealhulgas arenenud teoreetilises füüsikas ja astrofüüsikas. Seda saaks kasutada ka lasersünteesiuuringutes, et aidata lahendada inimkonna ees seisvaid energiaprobleeme. Meie ühine Korea ja Ühendkuningriigi meeskond kavatseb neid ideid laboris eksperimentaalselt kinnitada.
Prof Hyyong Suk GIST-ist ütles: "Plasma võib CPA-süsteemis mängida sarnast rolli kui tavaline difraktsioonvõre, kuid see on materjal, mis ei hävine. Seetõttu täiustab see tavalist CPA-tehnoloogiat, lisades väga lihtsa lisakomponent. Isegi kui plasma on vaid mõne sentimeetri suurune, saab seda kasutada laserites, mille tippvõimsus ületab 100 miljonit vatti."
Miljard vatti ja nullvatti on juba tõesti väga suured võimsused, kuid nende intensiivsust saab oluliselt suurendada, kasutades lihtsalt läätsi või kõverpeegleid, et fokuseerida laserimpulss väikesele kohale, et selle energia koondada. Sarnaselt laserimpulsi ajas lühema kestusega kokkusurumisele saab sama asja teha ka impulsi ruumis kokkusurumiseks ehk fokusseerimiseks väikesele kohale. Seega võimaldab kokkusurumine ruumis või ajas laserimpulsi intensiivsust väga üldiselt suurendada. Ruumilist tihendamist saab hõlpsasti testida, kasutades läätse, et teravustada päikesevalgust paberitükile; see süttib spontaanselt.
Aine läbib erinevaid intensiivsusega muutusi. Näiteks õhu ionisatsioon nähtavatel lainepikkustel ületab 1010-1012 W/cm2 ja kui elektronid on allutatud laseritele, mille intensiivsus on üle 1018 W/cm2, lähenevad nad valguse kiirusele, mis viib relativistliku optika valdkonda.
Intensiivsusel 1024 W/cm2 ja üle selle lähenevad prootonid valguse kiirusele ja tugevat laservälja kogevad osakesed reageerivad omaenda kiirgusväljaga, mis on füüsikas praegune intensiivsuse piir. Intensiivsustel üle 1029 W/cm2, mis on hästi tuntud Schwingeri piir, tekivad osakesed otse vaakumvalgusest ja neid saab muundada otse aineks. Selleks on vaja AiW to ZiW lasereid.
Aine ja vaakumi olemuse mõistmine intensiivsusega üle 1024 W/cm2 on tänapäevase füüsika üks silmapaistvamaid väljakutseid. Suure võimsusega laserid võimaldavad uurida ka astrofüüsikalisi nähtusi laboris, pakkudes ainulaadset ülevaadet tähtede sisemustest ja universumi päritolust.