Будь-який прогрес у лазерних технологіях має величезний потенціал у цілій низці галузей – від космічного зв’язку до термоядерної енергетики – і ми щойно отримали велике досягнення: ультракороткі лазерні імпульси потужністю до 100 мегават, найпотужніші з тих, що коли-небудь вироблялися на системах, створених людиною.
Ці імпульси тривають менше пікосекунди (мільйонної частки секунди), а максимальної потужності в 100 мегават вистачило б для короткочасного живлення 100 000 пилососів від одного імпульсу. Навіть середня вихідна потужність, 550 Вт, більш ніж на 50 відсотків перевищує все, що раніше спостерігалося в експериментах.
Нова технологія може знайти широке застосування у високоточних вимірюваннях, моніторингу та обробці інших матеріалів, вважають дослідники зі Швейцарської вищої технічної школи Цюріха (ETH Zurich).
«Цей запис є результатом довгої та захоплюючої подорожі з великою кількістю цікавої лазерної фізики», — каже фізик Урсула Келлер з ETH Zurich.
Тут ми маємо справу з так званими короткоімпульсними дисковими лазерами, заснованими на надтонких дисках, які містять кристал, що містить атоми ітербію. Цей диск створює лазерний промінь, коли ці атоми збуджуються. Тут діють дві інновації: по-перше, спеціальне розташування дзеркал для формування покращеної «відтворювальної порожнини», яка здатна відбиватися та підсилювати лазерне світло до більших рівнів без втрати нестабільності.
По-друге, у лазері використовується напівпровідникове дзеркало, яке називається дзеркалом із насиченням напівпровідника або SESAM. Це допомагає формувати лазерне світло в короткі інтенсивні імпульси. Команда вдосконалила його кількома способами, зокрема додавши тонке сапфірове вікно.
Цей вид лазерного посилення світла раніше включав більше енергії та більші інструменти, часто за межами самого лазера. Технологія, що тут використовується, навпаки, більш компактна та ефективна.
«Імпульси з потужністю, порівнянною з тією, яку ми зараз досягли, досі можна було отримати, лише посилаючи слабші лазерні імпульси через кілька окремих підсилювачів за межами лазера», — каже фізик Моріц Зайдель з ETH Zurich.
Дослідники, відповідальні за лазер-рекордсмен, мають багато ідей про те, як його можна використовувати. Одним із потенційних застосувань є частотні гребінки, які використовуються в надточних годинниках, що може означати більшу точність у вимірюванні часу та природних явищ.
Ці типи лазерів також можна використовувати для тестування матеріалів, не розрізаючи їх: наприклад, шукаючи дефекти в об’єктах або скануючи тіло людини. Це встановлення нових рекордів є лише початком вдосконаленої лазерної технології. І це ще один чудовий приклад детальної та самовідданої роботи, яку вчені виконують у лабораторії, щоб розробити лазери, які виходять за межі того, що ми бачили раніше, і використовувати їх для дослідження Всесвіту навколо нас.
«Коли це нарешті спрацювало, і ми спостерігали, як лазер створює імпульси – це було справді круто», – каже Зайдель. Дослідження опубліковано в Optica.