Плазменные голограммы-«вилки» закрутят свет сверхмощных лазеров

      Комментарии к записи Плазменные голограммы-«вилки» закрутят свет сверхмощных лазеров отключены

Плазменные голограммы-«вилки» закрутят свет сверхмощных лазеров

Физики из Университета Парижа предложили новый тип оптики для лазеров очень высокой интенсивности — голографические плазменные дифракционные решетки. Это нужно, потому, что привычные нам оптические устройства — дифракционные решетки, зеркала и линзы — не выдерживают интенсивностей сверхмощных лазеров и разрушаются, попросту испаряясь. Посредством новых плазменных решеток авторам удалось взять пучок закрученного света с мощностью в пара тераватт.

Он может применяеться в разработке компактных ускорителей частиц. Первая часть изучения, посвященная созданию закрученного излучения, опубликованав Nature Physics, вторая часть, обрисовывающая его сотрудничество с облаком плазмы, размещена в Physical Review Letters.

Мощность импульсов современных лазеров достигает петаваттных (1015 ватт) значений — в 350 раза больше чем средняя суммарная мощность всех электростанций мира. Но более серьёзной чёртом есть интенсивность лазерных лучей — удельная мощность. Она показывает, как луч сфокусирован.

Рекордные интенсивности, достигнутые на сегодня, эквивалентны фокусировке всего падающего на Землю света от Солнца на острие карандаша (1022 ватт на квадратный сантиметр). Такие мощности, за счет частичного поглощения излучения, приводят к испарению и абляции привычных материалов, за счет чего их оптические особенности (к примеру, свойство отражать) искажаются.

Моделирование «закручивания» света суперинтенсивных лазеров на плазменных дифракционных решетках-«вилках». A. Leblanc et al. / Nature Physics, 2017

Решить эту проблему возможно применяя плазменные зеркала. Устроены они следующим образом. Перед импульсом суперинтенсивного лазера поверхность железной пластины облучается вторым замечательным лазером.

Он ионизирует и испаряет металл на поверхности пластины, формируя плотное облако заряженных частиц — в первые пикосекунды по окончании импульса плотность этого облака сопоставима с плотностью простого жёсткого тела. До тех пор пока облако еще не рассеялось, направляться импульс главного лазера — он отражается от плазменного облака.

Схема создания плазменных голографических дифракционных решеток. На первом этапе происходит генерация облака плазмы по форме интерференционной картины. После этого плазма расширяется.

На третьем этапе происходит считывание голограммы суперинтенсивным лазерным пучком. A. Leblanc et al. / Nature Physics, 2017

Авторы новой работы создали более сложный прибор, талантливый превращать простой луч света в закрученный — плазменную дифракционную решетку, основанную на принципе голографии. Классическая оптическая голография употребляется чтобы записывать все данные об поле света, отраженного от некоего объекта. В голограмме записывается нетолько интенсивность (как в фотографии), но и фаза приходящего пучка.

В большинстве случаев, для этого употребляется пара когерентных лазерных лучей. Один из них отражается от объекта на фоточувствительную пластинку. Второй, опорный, попадает на не енапрямую и интерферирует с первым, записывая данные о разности фаз.

Чтобы прочесть голограмму, достаточно ее лазером с такой же длиной волны, как у опорного луча.

Дифракционные картины (справа) лазерного пучка на плазменных тучах (слева). A. Leblanc et al. / Nature Physics, 2017

Совершенно верно такой же принцип применяли авторы для плазменных голограмм дифракционных решеток. Источником ионизирующего и генерирующего плазму излучения в опыте стал не просто лазерный луч, а сложная интерференционная картина от опорного лазерного луча и закрученного лазерного луча высокой интенсивности (но меньшей, чем главный лазер).

Закрученным именуется свет, волновой фронт которого выглядит как спираль. Данный свет владеет необыкновенными особенностями. Во-первых,из-за таковой формы фронта луч закрученного света выглядит на экране полым. Во-вторых, он несет в себе угловой момент и посветив таким лучом на достаточно легкую бусину возможно вынудить ее вращаться. Самый несложный метод взять таковой свет — пропустить лазерный луч через спиральную фазовую пластинку.

Для радиоволн, к примеру, такая пластинка может смотреться как спутниковая тарелка, разрезанная по радиусу и скрученная спиралью.

Интерференционная картина от сложения закрученного и простого лазерного луча напоминает собственной формой вилку — среди параллельных полос в центре отмечается «недостаток» и одна из них разветвляется на две. Совершенно верно так же было устроено облако плазмы, поднимавшееся по окончании облучения ею металлизированной пластинки.

Физики выстроили опыт так, что задержка между импульсом, генерирующим плазменную дифракционную решетку, и главным лазерным лучом составляла 2–5 пикосекунд — триллионных долей секунды. За это время атомы металла успевали ионизироваться и превратиться в плазму (ионизация занимает миллионные доли пикосекунды), но их смещения от изначального положения не превосходили нескольких десятков нанометров (в десять раз меньше длины волны применяемого лазера).

Эволюция дифракционной картины с развитием плазменного облака. A. Leblanc et al. / Nature Physics, 2017

Большая интенсивность импульса главного лазерного луча достигала 30 000 петаватт на квадратный сантиметр. Продолжительность импульса —25 фемтосекунд (тысячных долей пикосекунды), суммарная мощность — 0,1 петаватт, протяженность волны 800 нанометров. Его сотрудничество с плазмой возможно сравнить с процессом «чтения» голограммы.

Свет отражался от плазменных полос, и, в следствии дифракции, появлялись дополнительные закрученные пучки света — их оптические особенности повторяли свойства объектного луча. Их суммарная интенсивность составляла пара процентов от общей интенсивности пучка.

После этого ученые проследили за сотрудничеством закрученных инфракрасных суперинтенсивных пучков с плазменными зеркалами. Оказалось, что воздействие пучков на плазму ведет к происхождению вторичного излучения — закрученного твёрдого ультрафиолета. Помимо этого, закрученный свет вызывает в плазме волны зарядовой плазмы в форме бублика.

По словам авторов, они смогут применяеться в ускорении позитронов в компактных ускорителях.

Необыкновенные оптические устройства требуются не только для сверхинтенсивного излучения. Ультрафиолетовая и рентгеновская оптика также резко отличается от привычных нам линз. Коротковолновое излучение очень сильно поглощается и рассеивается существующими материалами, а его коэффициент преломления в них близок к единице. Исходя из этого рентгеновскую линзу тяжело выстроить на базе преломления света.

Вместо этого, во многих случаях, физики применяют пучок волноводов, в которых излучение многократно отражается и выходит под определенным углом. 

Ранее физики внесли предложение применять сверхмощные инфракрасные лазеры для генерации гамма-лучей. Согласно расчетам ученых, для этого достаточно направить сфокусированный луч на мишень из пластика. Мощность генерируемого гамма-пучка может быть около тераватт для петаваттного инициирующего пучка.

Создатель: Владимир Королёв

ЛАЗЕР С ALIEXPRESS! МЕЧТА ДЖЕДАЯ!


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: