Теперь команда достигла крупного прорыва: посылая очень энергичные импульсы в инфракрасном режиме через твердую среду, импульсы можно сжимать во времени и пространстве. Энергия остается примерно такой же, но теперь ее можно выделить за еще более короткий период времени, что дает невероятную пиковую мощность до половины тераватта.
Эта мощность соответствует мощности сотен ядерных реакторов. Но в отличие от электростанций, которые стабильно вырабатывают энергию, сжатый лазерный импульс длится всего 30 фемтосекунд (миллионных долей миллиардной секунды). Новые результаты опубликованы в журнале Nature Communications.Игра с невидимыми цветами«При определенных условиях лазерные импульсы могут самосжиматься и становиться короче.
Это хорошо известное явление в лазерной науке», — говорит Одриус Пугзлис. «Но до сих пор люди считали, что самосжатие в твердых средах при чрезвычайно высоких интенсивностях невозможно».В отличие от света простой лазерной указки, ультракороткий лазерный импульс имеет не только один определенный цвет.
Это смесь спектра разных длин волн — в данном случае с центром около 3,9 микрометра в длинном инфракрасном диапазоне, невидимом для человеческого глаза.В вакууме свет всегда движется с одинаковой скоростью, независимо от длины волны.
Но это не тот случай, когда свет проходит через твердый материал. «Материал заставляет некоторые компоненты лазерного импульса двигаться быстрее, чем другие. Если этот эффект умело использовать, лазерный импульс сжимается, он становится короче просто за счет прохождения через материал», — говорит Скирмантас Алисаускас.Однако этот метод применим не всегда. «Если импульсный лазерный луч очень высокой интенсивности проходит через материал, лучи имеют тенденцию хаотически коллапсировать на множество отдельных нитей», — говорит Аудриус Пугзлис. «Это похоже на разряд молнии, который самопроизвольно распадается на разные ветви».
Каждая из ветвей несет только небольшую часть энергии исходного луча, полученный лазерный луч больше не может использоваться для продвинутых экспериментов с сильным полем.Преодоление порога филаментации на четыре порядкаВенская исследовательская группа в сотрудничестве с исследователями из Московского государственного университета определила условия, которые приводят к самосжатию и чрезвычайно высокой пиковой мощности, не вызывая коллапса пучка на волокна. «Как оказалось, мы имеем дело с двумя разными масштабами длины, — говорит Валентина Шумакова. «Масштаб длины нежелательной филаментации больше, чем длина, на которой происходит самосжатие.
Следовательно, можно найти режим параметров, в котором импульс сжимается, но филаментация еще не наступает». Мощность лазерного импульса в 10000 раз превышает порог филаментации — и при этом он не схлопывается.Команда использовала кристалл иттриевого алюминиевого граната (YAG) с шириной всего в несколько миллиметров — и результаты замечательные: посылая лазерный импульс через кристалл, его продолжительность уменьшается с 94 фемтосекунд до всего 30 фемтосекунд.
Его энергия остается почти такой же, а мощность (энергия за раз) увеличивается в три раза, почти до половины тераватта. «Поскольку импульс очень короткий, его чрезвычайно высокая мощность открывает двери для многих захватывающих экспериментов и, возможно, даже для новых технологий в лазерной науке», — говорит Аудриус Пугзлис.