Создан лазер с самой высокой пиковой мощностью

В Китайской академии инженерной физики создан лазер, способный генерировать импульсы мощностью 4,9 петаватта — это в 500 раз больше, чем мощность всех электростанций мира.

Достичь такого результат удалось за счёт использования метода, известного как усиление чирпированных импульсов (Chirped pulse amplification, CPA): усиливаемый лазерный импульс сначала растягивается в пространстве, за счёт чего его мощность падает, затем усиливается, а в конце собирается обратно при помощи так называемых дифракционных зеркал больших размеров.

Так выглядят дифракционные зеркала, используемые в Техасском петаваттном лазере.
Так выглядят дифракционные зеркала, используемые в Техасском петаваттном лазере.

Своё название метод получил из-за способа, которым происходит растягивание импульсов: их пропускают через специальные дисперсионные элементы, в которых скорость распространения световых волн с разной длиной волны различная. Примером такого элемента является обычная стеклянная призма: именно из-за дисперсии световой луч в призме распадается в радугу.

Я думаю, эту картинку знают все
Я думаю, эту картинку знают все

Когда лазерный импульс проходит через дисперсионный элемент, волны с разной длиной волны, из которых он состоит, бегут с разной скоростью, и на выходе получается, что одни волны убежали вперёд, а другие отстали — образовался длинный импульс. Если теперь пропустить его обратно через ту же дисперсионную систему или систему с точно такими же дисперсионными свойствами, то этот длинный импульс соберётся обратно в короткий импульс.

Растянутый импульс имеет характерную черту — вдоль его длины частота света плавно меняется. Похоже устроена трель некоторых мелких птичек — они сначала издают высокие звуки, в затем плавно понижают частоту. Chirp по-английски как раз и означает «трель».

Chirp выглядит как-то так
Chirp выглядит как-то так

Огромная мощность получаемых импульсов не означает, однако, что для них требуется огромное количество энергии. Дело в том, что они имеют чрезвычайно малую длительность. В обсуждаемой работе учёным удалось сжать импульс до 18,6 фемтосекунд (10−15 секунд) — это всего в 6 раз больше, чем время, за которое свет делает одно колебание в такой световой волне. За счёт такой малой длительности для достижения рекордной мощности потребовалась энергия импульса равная всего 91,1 Дж. Такую энергию имеет, например, кирпич, упавший со второго этажа, — не так уж и много для рекорда.

Вот в этом видео я рассказываю о петаваттных лазерах подробнее:

Импульсы столь высокой мощности применяются для ускорения до высоких энергий электронов и ионов, создания сверхъярких источников рентгена, генерации состояний, встречающихся в недрах планет и звёзд, и многих других исследований.

comments powered by Disqus