Два физичара у РИКЕН-у су реализовала изузетно кратке ласерске импулсе са вршном снагом од 6 теравата (6 трилиона вати) – што је отприлике еквивалентно снази коју генеришу 6,000 нуклеарне електране. Ово достигнуће, које ће допринети даљем развоју атосекундних ласера, донело је тројици истраживача Нобелову награду за физику 2023. године. Студија је објављена у часопису Натуре Пхотоницс.
Баш као што блиц камере може да "замрзне" објекте који се брзо крећу како би изгледали као да стоје на фотографији, врло кратки ласерски импулси могу помоћи да се осветле ултрабрзи процеси, дајући научницима моћан начин да их сниме и открију.
На пример, ласерски импулси реда аттосекунди (1 атосекунда=10-18 секунди) су толико кратки да могу открити кретање електрона у атомима и молекулима, пружајући нови начин откривања еволуције хемијских и биохемијских реакција. Чини се да чак и светлост може да пузи на тако кратким временским скалама, потребно је око 3 арсека да прође кроз нанометар.
„Снимањем кретања електрона, атосекундни ласери дају значајан допринос основној науци“, рекао је Еији Такахаши из РИКЕН-овог Центра за напредну фотонику (РАП), „и очекује се да ће имати примену у широком спектру поља, укључујући посматрање биолошких ћелија, развој нових материјала и дијагностика медицинских стања."
Упечатљивије
Међутим, иако је могуће створити ултракратке ласерске импулсе, они немају утицај и имају ниску енергију. Стварање ултракратких ласерских импулса високе енергије би у великој мери проширило њихову могућу употребу, каже Еији Такахаши: „Тренутна излазна енергија атосекундних ласера је изузетно ниска. Стога је повећање њихове излазне енергије кључно ако се они користе као извори светлости у широк спектар области“.
Баш као што се аудио појачала користе за побољшање звучних сигнала, ласерски физичари користе оптичка појачала за повећање енергије ласерских импулса. Ова појачала обично користе нелинеарне кристале који специфично реагују на светлост. Међутим, ако се ови кристали користе за појачавање једноцикличних ласерских импулса, могу се непоправљиво оштетити. Једноциклични ласерски импулси су толико кратки да се импулс завршава пре него што светлост осцилује кроз циклус пуне таласне дужине.
Највеће уско грло у развоју високоенергетских, ултра брзих инфрацрвених ласерских извора је недостатак ефикасне методе за директно појачавање једноцикличних ласерских импулса“, рекао је Еији Такахаши. Ово уско грло резултира баријером од 1-милиџула за појединачне -циклична енергија ласерског импулса."
Постављање новог рекорда
Међутим, ово уско грло је сада разбијено. Они су појачали импулсе једног циклуса на више од 50 милиџула, више од 50 пута више од претходног најбољег резултата. Пошто су резултујући ласерски импулси тако кратки, ова енергија се претвара у невероватно велику снагу од неколико теравата.
Такахаши је рекао: „Показали смо како да превазиђемо уско грло успостављањем ефикасне методе за појачавање једноцикличних ласерских импулса.
Њихов метод, назван напредно оптичко параметарско појачање са двоструким чиром (ДЦ-ОПА), веома је једноставан и укључује само два кристала који појачавају комплементарне регионе спектра.
Такахасхи је рекао: „Напредни ДЦ-ОПА за појачавање једноцикличних ласерских импулса је толико једноставан да се заснива само на комбинацији два нелинеарна кристала – чини се као идеја до које би свако могао да дође. Изненађује ме да тако једноставан концепт пружа нова техника појачања и пробој у развоју ултрабрзих ласера високе енергије“.
Важно је да напредни ДЦ-ОПА ради на веома широком опсегу таласних дужина. Тим је био у могућности да појача импулсе са разликом таласне дужине већом од двоструке таласне дужине. Такахаши је рекао: "Овај нови метод има револуционарну карактеристику да ширина опсега појачања омогућава ултра-широку фреквенцију без утицаја на карактеристике скалирања излазне енергије."
Нова техника појачања
Њихова техника је варијанта друге технике појачања оптичког импулса која се зове "појачавање импулса са цвркутом", за коју су три истраживача из САД, Француске и Канаде добила Нобелову награду за физику 2018. године. Ласери су једна од технологија која покреће развој од ласера.
Такахасхи очекује да ће њихова технологија додатно унапредити развој атосекундних ласера: „Успешно смо развили нову методу ласерског појачавања која може повећати интензитет једноцикличних ласерских импулса до теравата вршне снаге“, рекао је, „и нема сумње да је ово велики корак напред у развоју атосекундних ласера велике снаге."
На дуге стазе, његов циљ је да оде даље од атосекундног ласера и створи још краће импулсе.
