Naukowcy z University of Oxford zaprezentowali pionierską metodę przechwytywania pełnej struktury ultra - intensywnych impulsów laserowych w jednym pomiarze. Przełom, opublikowana w ścisłej współpracy z Ludwig - Maximilian University of Monachium i Max Planck Institute for Quantum Optics, może zrewolucjonizować naszą zdolność do kontrolowania światła - interakcji materii.
Miałoby to transformacyjne zastosowania w wielu obszarach, w tym badania nowych form fizyki i realizację ekstremalnych intensywności wymaganych do badań energii fuzji. Wyniki zostały opublikowane wNature Photonics.
Intensywne lasery ultra - mogą przyspieszyć elektrony do bliskiej prędkości światła - w ramach jednej oscylacji (lub „cyklu falowego”) pola elektrycznego, co czyni je potężnym narzędziem do badania ekstremalnej fizyki. Jednak ich szybkie wahania i złożona struktura sprawiają, że pomiary czasowe - są trudne.
Do tej pory istniejące techniki zwykle wymagały setek strzałów laserowych, aby zebrać pełny obraz, ograniczając naszą zdolność do przechwytywania dynamicznej natury tych ekstremalnych impulsów światła.
The new study, jointly led by researchers in the University of Oxford's Department of Physics and the Ludwig-Maximilian University of Munich, Germany, describes a novel single-shot diagnostic technique, named RAVEN (Real-time Acquisition of Vectorial Electromagnetic Near-fields). Ta metoda pozwala naukowcom mierzyć pełny kształt, czas i wyrównanie indywidualnych ultra - intensywnych impulsów laserowych o wysokiej precyzji.
Posiadanie pełnego obrazu zachowania pulsa lasera może zrewolucjonizować zyski z wydajności w wielu obszarach. Na przykład może to umożliwić naukowcom grzywną - dostrojenie systemów laserowych w czasie rzeczywistym - (nawet w przypadku laserów, które tylko czasami strzelają) i wypełnić lukę między rzeczywistością eksperymentalną a modelami teoretycznymi, zapewniając lepsze dane dla modeli komputerowych i AI -.
Metoda działa poprzez podzielenie wiązki laserowej na dwie części. Jeden z nich służy do pomiaru zmiany koloru lasera (długości fali) w czasie, podczas gdy druga część przechodzi przez dwójłomny materiał (który oddziela światło z różnymi stanami polaryzacji). Tablica mikrolensów (siatka o małych soczewkach) rejestruje, w jaki sposób struktura jest ustrukturyzowana front falowy pulsu lasera (kształt i kierunek).
Informacje są rejestrowane przez wyspecjalizowany czujnik optyczny, który przechwytuje go na jednym obrazie, z którego program komputerowy rekonstruuje pełną strukturę impulsu laserowego.
Główna badacz Sunny Howard (doktorant badacza na Wydziale Fizyki, University of Oxford i wizytujący naukowiec do Ludwiga - Maximilian University of Monachent) powiedział: „Nasze podejście umożliwia, po raz pierwszy, w tym całkowite schwytanie struktury wewnętrznej i kompleksu.
„To nie tylko zapewnia bezprecedensowe wgląd w interakcje materii Laser -, ale także toruje sposób optymalizacji systemów laserowych wysokich - w sposób, który był wcześniej niemożliwy”.
Technika została pomyślnie przetestowana na ATLAS - 3000 PetAwatt - laser klasy w Niemczech, gdzie ujawniła małe zniekształcenia i przesunięcia fal w impulsie laserowym, które wcześniej były niemożliwe do zmierzenia w czasie rzeczywistym -, umożliwiając zespołowi badawczemu na wyposażenie instrumentu.
Te zniekształcenia, znane jako spatio - sprzężenia czasowe, mogą znacząco wpłynąć na wydajność eksperymentów laserowych o wysokiej intensywności -.
Zapewniając prawdziwą sprzężenie zwrotne czasowe -, Raven pozwala na natychmiastowe dostosowania, poprawę dokładności i wydajności eksperymentów w fizyce plazmatycznej, przyspieszeniu cząstek i wysokiej nauki o gęstości energetycznej. Powoduje to również znaczne oszczędności czasowe, ponieważ nie wymaga wielu ujęć, aby w pełni scharakteryzować właściwości pulsu lasera.
Technika ta zapewnia również potencjalną nową drogę do realizacji bezwładności urządzeń energii fuzji w laboratorium - Kluczowy krok w kierunku generowania energii fuzyjnej w skali wystarczającej do zasilania społeczeństw. Intensywne impulsy laserowe bezwładnościowe urządzenia energii fuzji wykorzystują ultra - do generowania wysoce energetycznych cząstek w plazmie, które następnie propagują się do paliwa fuzyjnego.
Ta koncepcja „ogrzewania pomocniczego” wymaga dokładnej wiedzy o skoncentrowanym intensywności impulsu laserowego, aby celować w optymalizację wydajności fuzji, która jest obecnie dostarczana przez Raven. Skoncentrowane lasery mogą również zapewnić potężną sondę dla nowej fizyki - na przykład, generując foton - rozpraszanie fotonu w próżni, kierując dwa impulsy.
CO - Profesor Peter Norreys (Department of Physics, University of Oxford), mówi: „W przypadku gdy większość istniejących metod wymagałaby setek strzałów, Raven osiąga kompletne przestrzennie - czasowa charakterystyka trwale pulse laserowej w jednym. Ultra - intensywne aplikacje laserowe, obiecujące przekroczyć granice nauki i technologii laserowej.
CO - autor Dr Andreas Döpp (Wydział Physics, Ludwig - Maximilians - Monachium i odwiedzanie naukowca w fizyce atomowej i laserowej, University of Oxford) dodaje: „Wkrótce po Sunny dołączyło do nas w roku na rok. Intensywne impulsy Ultra - ograniczają się do tak niewielkiej przestrzeni i czasu, gdy skupiają się, istnieją fundamentalne limity dotyczące tego, ile rozdzielczości jest faktycznie potrzebne do wykonania tego rodzaju diagnostyki.
„To była gra - i oznaczała, że moglibyśmy użyć mikrolomów, co znacznie upraszczało naszą konfigurację”.
Patrząc w przyszłość, naukowcy mają nadzieję rozszerzyć wykorzystanie kruka na szerszy zakres obiektów laserowych i zbadać jego potencjał w optymalizacji badań energii fuzji bezwładności, lasera - akceleratorów cząstek napędzanych i wysokim - Eksperymenty elektrodynamiczne pola.
