Oamenii de știință de la Universitatea din Oxford au dezvăluit o metodă de pionierat pentru captarea structurii complete a Ultra - impulsuri laser intense într -o singură măsură. Descoperirea, publicată în strânsă colaborare cu Ludwig - Universitatea Maximilian din Munchen și Institutul Max Planck pentru optică cuantică, ar putea revoluționa capacitatea noastră de a controla interacțiunile de lumină -.
Aceasta ar avea aplicații transformatoare în multe domenii, inclusiv cercetarea în noi forme de fizică și realizarea intensităților extreme necesare pentru cercetarea energetică a fuziunii. Rezultatele au fost publicate înFotonică a naturii.
Ultra - Lasere intense pot accelera electronii până la - viteze de lumină într -o singură oscilație (sau „ciclul de val”) al câmpului electric, ceea ce le face un instrument puternic pentru studierea fizicii extreme. Cu toate acestea, fluctuațiile lor rapide și structura complexă fac ca măsurătorile reale - în timp ale proprietăților lor să fie provocatoare.
Până acum, tehnicile existente au necesitat de obicei sute de fotografii laser pentru a asambla o imagine completă, limitând capacitatea noastră de a surprinde natura dinamică a acestor impulsuri de lumină extremă.
Noul studiu, condus în comun de cercetători din Departamentul de Fizică al Universității din Oxford și Ludwig - Universitatea Maximilian din Munchen, Germania, descrie un nou singur - tehnica de diagnosticare, numită Raven (Real - Achiziția de timp vectorială). Această metodă permite oamenilor de știință să măsoare forma completă, sincronizarea și alinierea ultra -- impulsuri laser intense cu o precizie ridicată.
A avea o imagine completă a comportamentului pulsului laser ar putea revoluționa câștigurile de performanță în multe domenii. De exemplu, ar putea permite oamenilor de știință să fineze - să ajusteze sistemele laser în timp real - (chiar și pentru laserele care trag doar ocazional) și să pună la punct decalajul dintre realitatea experimentală și modelele teoretice, oferind date mai bune pentru modele de calculatoare și simulări alimentate AI -.
Metoda funcționează prin împărțirea fasciculului laser în două părți. Unul dintre acestea este utilizat pentru a măsura modul în care se schimbă culoarea laserului (lungimea de undă) în timp, în timp ce cealaltă parte trece printr -un material birefringent (care separă lumina cu diferite stări de polarizare). Un tablou de microleni (o grilă de lentile minuscule) înregistrează apoi modul în care este structurat frontul de undă al pulsului laser (formă și direcție).
Informațiile sunt înregistrate de un senzor optic specializat, care o surprinde într -o singură imagine din care un program de calculator reconstruiește structura completă a pulsului laser.
Cercetătorul principal Sunny Howard (doctorand cercetător în Departamentul de Fizică, Universitatea din Oxford și om de știință vizitator la Ludwig - Universitatea Maximilian din Munchen) a spus: „Abordarea noastră permite, pentru prima dată, captura completă a unui Ultra - Polarizarea intensă și a structurii interne.
"Acest lucru nu numai că oferă informații fără precedent asupra interacțiunilor laser - materie, dar, de asemenea, deschide calea pentru optimizarea sistemelor cu laser cu putere ridicată -, într -un mod care a fost anterior imposibil."
Tehnica a fost testată cu succes pe Atlas - 3000 PETAWATT - Laser de clasă în Germania, unde a dezvăluit mici distorsiuni și schimbări de valuri în pulsul laser, care au fost anterior imposibil de măsurat în timpul real -, permițând echipei de cercetare să fie bine să fie bine să fie bine.
Aceste distorsiuni, cunoscute sub numele de SPATIO - cuplaje temporale, pot afecta semnificativ performanța experimentelor laser cu intensitate ridicată -.
Prin furnizarea de feedback de timp real -, Raven permite ajustări imediate, îmbunătățind precizia și eficiența experimentelor în fizica plasmatică, accelerarea particulelor și știința densității energetice ridicate -. De asemenea, rezultă economii semnificative de timp, deoarece nu sunt necesare mai multe fotografii pentru a caracteriza pe deplin proprietățile pulsului laser.
Tehnica oferă, de asemenea, o potențială nouă cale pentru a realiza dispozitive energetice de fuziune inerțială în laborator - un pas de poartă cheie către generarea de energie de fuziune la o scară suficientă pentru societățile electrice. Dispozitivele energetice de fuziune inerțială folosesc Ultra - impulsuri laser intense pentru a genera particule extrem de energice într -o plasmă, care apoi se propagă în combustibilul de fuziune.
Acest concept de „încălzire auxiliară” necesită o cunoaștere exactă a intensității pulsului cu laser focalizat pentru a viza pentru a optimiza randamentul de fuziune, unul prevăzut acum de Raven. Laserele focalizate ar putea oferi, de asemenea, o sondă puternică pentru noua fizică -, de exemplu, generând foton - împrăștiere foton în vid, direcționând două impulsuri unul la altul.
CO - autorul profesorului Peter Norreys (Departamentul de Fizică, Universitatea din Oxford), spune: „În cazul în care majoritatea metodelor existente ar necesita sute de fotografii, Raven atinge un spațiu complet - caracterizarea temporală a unui puls cu laser într -un singur. Ultra - Aplicații laser intens, promițând să împingă limitele științei și tehnologiei laserului.
CO - Autor Dr. Andreas Döpp (Facultatea de Fizică, Ludwig - Maximilieni - Universitatea Munchen și vizitarea omului de știință la fizica atomică și laser, Universitatea din Oxford) adaugă: „La scurt timp după ce Sunny ne -a alăturat în Munich pentru un an, pentru că, în sfârșit Ultra - Impulsuri intense sunt limitate la un spațiu atât de mic și timp atunci când sunt concentrate, există limite fundamentale la cât de multă rezoluție este necesară pentru a efectua acest tip de diagnostic.
"Acesta a fost un schimbător de joc - și a însemnat că putem folosi microlente, făcând configurarea noastră mult mai simplă."
Privind în viitor, cercetătorii speră să extindă utilizarea Raven la o gamă mai largă de instalații laser și să -și exploreze potențialul în optimizarea cercetării energetice de fuziune inerțială, laser - acceleratoare de particule conduse de particule și experimente mari de electrodinamică cuantic.
