Российские физики из Института сильноточной электроники СО РАН в Томске добились генерации импульсов лазерного излучения с мощностью в 40 тераватт — это рекорд для источников света видимого диапазона. Достижение стало возможным благодаря использованию гибридной схемы установки и усилению второй гармоники излучения, сообщает издание «Наука в Сибири».
Лазеры — это квантовые источники света, которые характеризуется высокой временной и пространственной согласованностью порождаемых электромагнитных колебаний. Такие устройства нашли массу применений как в лабораториях, так и в бытовых приборах. Одно из современных направлений в области физики лазеров — это получение как можно более интенсивных световых полей, что может пригодиться в ряде экспериментов, таких как исследование структуры материалов и биологических тканей, ускорение элементарных частиц, исследование динамики химических реакций и многое другое.
На данный момент физики придумали огромное количество разных конструкций лазеров и различных способов увеличения мощности их излучения. Как правило, рабочей средой наиболее мощных лазеров выбираются твердотельные кристаллы, в первую очередь кристаллы сапфира с примесью ионов титана, а увеличение интенсивности происходит методом усиления чирпированных импульсов. Так работают многие из рекордно мощных лазеров, в том числе китайские установки SULF и CAEP-PW, которые генерируют излучение ближнего инфракрасного диапазона с мощностью в несколько петаватт.
Томские физики завершили новый этап улучшения лазерной системы THL-100 (Terawatt Hybrid Laser), с помощью которой пытаются получить импульсы видимого диапазона с мощностью около 100 тераватт. Первый вариант установки с мощностью в единицы тераватт был построен в 2008 году, в 2012 удалось достичь 14 тераватт, что стало рекордным значением для того времени. Новая модернизация позволила повысить показатель до рекордных 40 тераватт.
Система THL-100 состоит из двух основных компонентов: твердотельного титан-сапфирового лазера и газового фотодиссоционного усилителя. Основная длина волны лазера приходится на ближний инфракрасный диапазон, но данная установка генерирует вторую гармонику с длиной волны 475 нанометров. Усилитель работает за счет облучения полости с фторидом ксенона XeF2 мощным ультрафиолетовым излучением вакуумного диапазона, который, в свою очередь, возникает при пропускании мощного электрического импульса через чистый ксенон. В результате воздействия фотонов XeF2 диссоциирует до эксимерных молекул XeF, которые после столкновения с молекулами буферного газа (азотом N2) попадают в необходимое состояние лазерного перехода.
Новое достижение стало результатом применения нескольких усовершенствований. В частности, была увеличена суммарная энергия выходных импульсов с 0,7 до 1,2 джоулей, а продолжительность при этом была сокращена с 50 до 30 фемтосекунд посредством использования схемы «растяжение—усиление—сжатие». Также были улучшены другие характеристики лазера, такие как однородность пучка.
«Уникальным в такой системе является именно выходной лазерный усилитель, — рассказывает заведующий лабораторией газовых лазеров ИСЭ СО РАН доктор физико-математических наук Валерий Лосев. — Для усиления сверхкоротких импульсов излучения используется особый широкополосный лазерный переход C-A эксимерных молекул ксенон-фтор. Накачка активной среды двухступенчатая: сначала сильноточным электронным пучком возбуждается чистый ксенон, а затем получающимся жестким ультрафиолетовым излучением осуществляется фотонакачка рабочей смеси. На выходе системы — голубой свет».
Осенью в России завершили монтаж камеры для эксперимента с самыми энергетичными лазерными импульсами. Также в прошлом году впервые был продемонстрирован лазер на органическом диоде с прямой накачкой током.
Тимур Кешелава
