Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Kunsten å forsterkning: En desktop-størrelse 10 terawatt laser

Anonim

En kompakt ny generasjons optisk forsterker er konstruert av fysikere fra Laser Center ved Institutt for fysisk kjemi av det polske vitenskapsakademiet og fakultetet for fysikk ved Warszawa universitet. Apparatet er ekstremt effektivt og lite nok til å passe på et skrivebord og kan generere over 10 terawatt lyspulser.

annonse


Kan en enhet med et fotavtrykk som ikke er større enn halvparten av et skrivebord, produsere noen få dusin ganger høyere enn det som genereres av alle atomkraftverk over hele verden? Svaret er: "Ja - i en puls"! En ny parametrisk forsterker konstruert i Laser Center ved Institutt for fysisk kjemi av det polske vitenskapsakademiet (IPC PAS) og fakultetet for Fysikk i Warszawa Universitetet (FUW) gjør det mulig å produsere svært korte (femtosekund) laserimpulser med en gigant kraft på 10 terawatt. Den nye forsterkeren representerer et viktig skritt mot konstruksjon av kompakte, bærbare, relativt lave kostnadseffektive laserapparater som kan revolusjonere, for eksempel anti-kreftbehandlinger.

"Teoretisk kan effektiviteten til parametriske forsterkere nå over 50%. I praksis drives de beste forsterkerne av denne typen med en effektivitet på ca 30%. Vi har nått dette nivået allerede nå, og i tillegg til en veldig kompakt enhet, sier dr. Yuriy Stepanenko (IPC PAS), konsernsjef for forsterkeren, og legger til: "Vi forbedrer fortsatt oppsettet. I de kommende månedene skal vi øke forsterkerens effektivitet med en annen få prosent på den ene siden, mens På den annen side har vi tenkt å øke kraften til laserpulser opp til noen få titalls terawatts. "

De fleste lasere som genererer ultrashortpulser, forsterker lys ved hjelp av safirkrystaller dopet med titanioner. En ekstern laser brukes til å pumpe energi inn i krystallet, og en brøkdel av energien blir deretter overtatt av en laserstråle som forsterkes. Metoden har mange ulemper. En av de store er at krystallene varmes opp, og det fører til negative forvrengninger av tverrsnittet av laserstrålen. Som et resultat må krystallene avkjøle seg nesten etter hvert laserskudd.

Heldigvis kan ikke-lineære optiske effekter brukes til å konstruere forsterkere av en annen type. Disse parametriske forsterkerne overfører effektivt energi direkte fra pumpestrålen til strålen blir forsterket. Siden inngangsenergien ikke er lagret hvor som helst, er det ingen negative termiske effekter, og de forsterkede pulser har gode parametere. Parametriske forsterkere kan forsterke lys ved hundrevis av millioner ganger på en optisk bane med noen få centimeter. Det er også derfor de er veldig små i størrelse, spesielt i forhold til standardene for høy effektoptikk. Instrumentet fra lasersenteret til IPC PAS og FUW passer komfortabelt halvparten av et typisk skrivebord.

Den nye forsterkeren vil bli brukt til konstruksjon av en røntgenkilde og for å generere eksperimentelt protoner og sekundære nøytroner.

Et av de langsiktige målene med forskningen på parametriske forsterkere er å generere laserimpulser med effekt på 200 TW og høyere. Slike kraftige lyspulser kan brukes til å akselerere protoner til energier som er nyttige i medisinske terapier, for eksempel for å selektivt drepe kreftceller. De eksisterende teknikkene for protonakselerasjon krever bygging av store og høye kostnadsakselatorer. Høyeffektlasere vil muliggjøre betydelig økning i tilgjengeligheten av de nyeste protonterapiene, samtidig med en radikal reduksjon av behandlingskostnader for kreftpatienter.

Forskningen på parametrisk forsterker finansieres av Nasjonalt senter for forskning og utvikling (Prosjekt NR02001910).

Den multi-pass optiske parametriske forsterkeren NOPCPA (Noncollinear Optical Parametric Chirped Pulse Amplifier) ​​-teknologi har siden 2005 blitt utviklet i Laser Center i IPC PAS og FUW i et team ledet av prof. Czesław Radzewicz.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av Institutt for fysisk kjemi av det polske vitenskapsakademiet . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.