Российские физики из Института сильноточной электроники СО РАН в Томске добились генерации импульсов лазерного излучения с мощностью в 40 тераватт — это рекорд для источников света видимого диапазона. Достижение стало возможным благодаря использованию гибридной схемы установки и усилению второй гармоники излучения, сообщает издание «Наука в Сибири».
Лазеры — это квантовые источники света, которые характеризуется высокой временной и пространственной согласованностью порождаемых электромагнитных колебаний. Такие устройства нашли массу применений как в лабораториях, так и в бытовых приборах. Одно из современных направлений в области физики лазеров — это получение как можно более интенсивных световых полей, что может пригодиться в ряде экспериментов, таких как исследование структуры материалов и биологических тканей, ускорение элементарных частиц, исследование динамики химических реакций и многое другое.
На данный момент физики придумали огромное количество разных конструкций лазеров и различных способов увеличения мощности их излучения. Как правило, рабочей средой наиболее мощных лазеров выбираются твердотельные кристаллы, в первую очередь кристаллы сапфира с примесью ионов титана, а увеличение интенсивности происходит методом усиления чирпированных импульсов. Так работают многие из рекордно мощных лазеров, в том числе китайские установки SULF и CAEP-PW, которые генерируют излучение ближнего инфракрасного диапазона с мощностью в несколько петаватт.
Томские физики завершили новый этап улучшения лазерной системы THL-100 (Terawatt Hybrid Laser), с помощью которой пытаются получить импульсы видимого диапазона с мощностью около 100 тераватт. Первый вариант установки с мощностью в единицы тераватт был построен в 2008 году, в 2012 удалось достичь 14 тераватт, что стало рекордным значением для того времени. Новая модернизация позволила повысить показатель до рекордных 40 тераватт.
Система THL-100 состоит из двух основных компонентов: твердотельного титан-сапфирового лазера и газового фотодиссоционного усилителя. Основная длина волны лазера приходится на ближний инфракрасный диапазон, но данная установка генерирует вторую гармонику с длиной волны 475 нанометров. Усилитель работает за счет облучения полости с фторидом ксенона XeF2мощным ультрафиолетовым излучением вакуумного диапазона, который, в свою очередь, возникает при пропускании мощного электрического импульса через чистый ксенон. В результате воздействия фотонов XeF2 диссоциирует до эксимерных молекул XeF, которые после столкновения с молекулами буферного газа (азотом N2) попадают в необходимое состояние лазерного перехода.
Новое достижение стало результатом применения нескольких усовершенствований. В частности, была увеличена суммарная энергия выходных импульсов с 0,7 до 1,2 джоулей, а продолжительность при этом была сокращена с 50 до 30 фемтосекунд посредством использования схемы «растяжение—усиление—сжатие». Также была улучшены другие характеристики лазера, такие как однородность пучка.
«Уникальным в такой системе является именно выходной лазерный усилитель, — рассказывает заведующий лабораторией газовых лазеров ИСЭ СО РАН доктор физико-математических наук Валерий Лосев. — Для усиления сверхкоротких импульсов излучения используется особый широкополосный лазерный переход C-A эксимерных молекул ксенон-фтор. Накачка активной среды двухступенчатая: сначала сильноточным электронным пучком возбуждается чистый ксенон, а затем получающимся жестким ультрафиолетовым излучением осуществляется фотонакачка рабочей смеси. На выходе системы — голубой свет».
Осенью в России завершили монтаж камеры для эксперимента с самыми энергетичыми лазерными импульсами. Также в прошлом году впервые был продемонстрирован лазер на органическом диоде с прямой накачкой током.
Тимур Кешелава
Комментарии
Отлично!
Х-ки приличные НО...
Вы работали с раствором фтора в газе для лазеров? Я да. Заправлял. Работа смертельно опасная даже в противогазе и коробкой на фтор. Особо опасен для дам репродуктивного возраста т.к. канцероген, возможно соединения с ним, для них. ГИПХ - вероятно одно из малых мест где знали тонкости работы с ним - он разгромлен. Остались ошмётки.
У них эксимерники на пару кДж есть. https://www.hcei.tsc.ru/ru/cat/structure/labs/oit.html Как и много всякой импульсной техники. Это весьма полезно.
Если смогут на аргоне 1кДж получить здорово. Можно будет чипы одним импульсом за слой печатать если низкого 0,25-0,3мкм разрешения то сразу всю 6-8 дюймов пластину. В пределе на нём достижимо разрешение 3-5нм на волновой оптике. Схему я предложил а коррективы Рудольф Герке из Хологрейт, потом я обратно перешёл на чисто волновую т.к. после зеркал много геморроя. Причём физическое а не выгнанное но структуры будут сложнопериодические т.е. это то что 18-20 лет назад предлагал в ФТИ.
Если вы в теме, поясните этот момент:
Завис на этом месте, если честно.
Не, оно круто, конечно. Но зачем он?
Засунут в лазерную указку и будут слепить самолёты
Инструмент исследований в первую очередь.
Если идея и технология годная и поддаётся удешевлению, то как составная часть "настольных" плазменных ускорителей, это уже вполне индустриальная тема, много где нужно.
Движки?
Нет, плазменные ускорители электронов и протонов. Это занимающий относительно мало места дивайс для получения частиц высоких энергий, которые, в свою очередь нужны для получения нейтронов, материаловедения, наработки специфичных (бета+) изотопов, и т.п. Пока до промышленного применения они не доросли, но в перспективе всякое может быть.
100ГэВ на метр в такой установке получали.
"Нормальный" синхрофазотрон на такие энергии в Дубне имеет диаметр несколько километров, современный рекорд для "классики" на БАК - несколько десятков МэВ на метр ускорителя (полная энергия пучка больше, чем следует из длины, потому что в кольцевых ускорителях пучок делает несколько витков).
что-то сомневаюсь насчет рекорда.
здесь интенсивность в пятне надо разделить на 10*8 примерно, чтобы получить мощность. Т.е. будет около 10*14, т.е. 100 ТВт.
С одной стороны, это не совсем видимый - 0,7 мкм относят уже к ближнему ИК, но глазом его видно (на хвостах чувствительности красных колбочек при достаточной засветке)).
И жесткость фокусировки говорит о хорошем качестве пучка, что тоже нелегко достигается (при этом обычно мощность несколько снижается).
Ну в заголовке прямо указывается про видимый диапазон. Кстати, а в чем разница? Где применимы видимые и неприменимы всякие ультрафиолетовые/инфракрасные?
это 2004 год, я думаю, с тех пор все и в "более видимом" далеко ушло. Просто лень искать было, взял первое попавшееся.
С точки зрения длины волны при таких интенсивностях, имхо, большой разницы нет. Как правило, такие пучки фокусируют, чтобы поднять интенсивность (поэтому качество пучка важно). В таком пятне все превращается в плазму, исследуются, соответственно, взаимодействия плазмы с высокоинтенсивным излучением. Длина волны там влияет, конечно, но о спектральной селективности речь обычно не идет. Глубина проникновения, то да се.
Гипотетически можно предполагать разные возможности для охлаждения. Вода жрёт ИК сильно, а вот голубой как раз слабенько. То есть можно сделать линзу с охлаждением проточной водой.
Ну да, скорее всего игра идёт за окошки прозрачности, в т.ч. в атмосфере со всякими загрязнителями.
Но если считать не примерно, а точно, приняв форму пятна кругом, а не квадратом - получим около 42-х тераватт у HERCULES. И 100 больше в 2 с половиной раза получается почти.
вот здесь более подробно установка описана: https://www.hcei.tsc.ru/ru/cat/results/2009/results.html
Терран сказал "на новых физических принципах", значит на новых. может, "Око" модернизируют