Unikaalse energiaallikana mängivad superlaserid võtmerolli paljudes aspektides, nagu teadusuuringud, tööstus ja meditsiin. Suure intensiivsusega laserimpulsside saamiseks lähevad talad ruumis üldiselt väga väikeseks ja pärast koondumist lähevad difraktsiooniefektide tõttu kiiresti kõrvale. Sellistes valdkondades nagu laserkiirega kiirendus, on laserid siiski vajalikud suure valguse intensiivsuse säilitamiseks märkimisväärse vahemaa tagant. Lawrence Berkeley riikliku labori (LBNL) teadlase Marlene Turneri juhitud uuring laieneb sellele valdkonnale.
Laser-wakefield-kiirenduses kasutatakse ülivõimsat laserit plasma elektrostaatiliste lainete ergastamiseks ja laetud osakesi saab elektrostaatilistes lainetes kiirendada, sarnaselt merel surfamisega. Seda tüüpi kiirendi kõige erilisem omadus on see, et laetud osakeste jaoks teatud energiahulga saamiseks vajalik kiirenduskaugus on tuhandeid kordi lühem kui traditsioonilistel kiirendusmeetoditel. Kui aga laserkiire ei juhita, hajub see varsti pärast teravustamist, vähendades oluliselt laserimpulsi intensiivsust ja kiirenduskaugust, mis võib juhtida suure intensiivsusega äratusvälja. Seetõttu põhjustab kiirendusdistantsi lühendamine osakesi, mis ei saa parimat kiirendusenergiat.
Madala intensiivsusega impulsside puhul on difraktsioonilahenduseks optiline kiudklaas, mis võib suunata laserkiirt tuhandeid kilomeetreid, kuid suure intensiivsusega laserid võivad optilist kiudu kahjustada. Kõrgvõimsusega laseriteaduse ja -tehnoloogia 2021. aasta teise numbri artiklis uurisid professor Marlene Turner jt ülivõimsate laserite jaoks kasutatavat plaskiudu. Plasma võib vähendada difraktsiooniefekti ja suunata laserkiire pikendama selle suure intensiivsusega edastuskaugust. . Uurimisrühm näitas seni kõige pikemat 40 cm kvaliteetset tühjenduskapillaari.
Kuidas suunab plasma lainejuht laserit? Lääts või optiline kiud võivad suunata laservalgust läbi kõige tugevama murdumisnäitaja jaotuse keskel. Plasma puhul saavutatakse see madalaima elektrontiheduse jaotusega keskel. Elektrontiheduse jaotuse järkjärguline suurendamine radiaalsuunas toob kaasa murdumisnäitaja järkjärgulise suurenemise radiaalsuunas, mis on suure võimsusega laserite jaoks nagu ülivõimsad läätsed või lasertorud.
Kuidas saab sellist plasmat genereerida? Praeguseks on rakendatud mitmeid tehnoloogiaid. Selles dokumendis kasutasid teadlased gaasiga täidetud safiirkapillaartoru, mille mõlema otsa külge olid ühendatud elektroodid. Plasma tekib kõrgepinge tühjenemisega. Tühjendusvool soojendab plasmat ja jahutab seda toru seina lähedal, muutes temperatuuri toru seinale lähemale. Kuna õhurõhk on tasakaalus, suureneb elektronide tihedus keskelt otsteni järk -järgult, mille tulemuseks on ülitugev lainejuht laserkiire juhtimiseks.
Erinevalt staatilisest klaasist läätsest või optilisest kiust taastatakse plasmooniline lainejuht igal impulsil. Seetõttu uurisid teadlased üksikasjalikult iga tühjenemise parameetrite muutusi ning näitasid suurepärast stabiilsust ja korratavust. See on väga oluline kiirendava kiirguse puhul, kui laserparameetri kiirendus muutub mitme parameetriga. Uurijad leidsid, et lainejuhtide parameetrite muutus erinevates tühjendusprotsessides on alla 1%ja tiheduse jaotus igas kanalis on väga lähedal. See tähendab, et iga laserimpulss liigub lainejuhis sama rada mööda.
& "See töö näitab, et kapillaartoru võib genereerida väga stabiilse plasma, mis näitab, et kiirendi jõudluses täheldatud kõikumised on peamiselt tingitud laserseadme kõikumistest ja tagamiseks on vaja väga kiiret tagasiside juhtimist stabiilsus." California LBNL kiirenditehnoloogia Rakendusfüüsika osakonna direktor dr Cameron Geddes esitas selle töö kohta ülaltoodud kommentaarid.
Klaasläätse kuju täpne juhtimine määrab optilise jõudluse, kuid plasma kontrollimine samale tasemele on väljakutse. Ideaalis on elektrontiheduse jaotus paraboolne, kuid tegelikult pole see enam parabool kanali teljest kaugel. Teadlased leidsid, et see on plasmas teleskoobisüsteemina väga oluline, et suurendada valgusvihu fookuspunkti. Väga täpse juhtimise abil kasutavad selle paberi uurijad laseri juhtimiseks paraboolset plasmat, mis on jaotatud laseri fookuspunkti lähedusse, nii et valgusvihu kvaliteet ei vähene kiirguse levimise ajal. Tühjenemise kapillaarlainejuht on saanud laser-wakefieldi kiirendis suure energiaga elektronid. Uurimisrühma poolt välja töötatud 40 cm pikkune lainejuht viib eeldatavasti katkestatud energia kõrgemale tasemele.
