Els científics de la Universitat d'Oxford han presentat un mètode pioner per capturar l'estructura completa dels polsos làser intensos d'Ultra - en una sola mesura. L’avanç, publicat en estreta col·laboració amb Ludwig - Universitat Maximiliana de Munic i l’Institut Max Planck d’Optics Quàntics, podria revolucionar la nostra capacitat de controlar les interaccions de la llum -.
Això tindria aplicacions transformadores en moltes àrees, incloent la investigació en noves formes de física i la realització de les intensitats extremes necessàries per a la investigació energètica de fusió. Els resultats s’han publicat aPhotonics de la natura.
Ultra - Els làsers intensos poden accelerar els electrons a prop de - velocitats de la llum dins d'una única oscil·lació (o "cicle d'ona") del camp elèctric, convertint -los en una potent eina per estudiar la física extrema. Tanmateix, les seves fluctuacions ràpides i l'estructura complexa fan que les mesures de temps reals siguin reals de les seves propietats.
Fins ara, les tècniques existents normalment requerien centenars de trets làser per muntar una imatge completa, limitant la nostra capacitat de capturar la naturalesa dinàmica d’aquests polsos de llum extrem.
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). Aquest mètode permet als científics mesurar la forma completa, la sincronització i l’alineació dels polsos làser intensos individuals amb alta precisió.
Tenir una imatge completa del comportament del làser Pulse podria revolucionar els guanys de rendiment en moltes àrees. Per exemple, podria permetre als científics mullar - sintonitzar els sistemes làser en el temps real - (fins i tot per a làsers que només disparen de tant en tant) i solucionar el buit entre la realitat experimental i els models teòrics, proporcionant millors dades per a models informàtics i ai {{3} simulacions alimentades.
El mètode funciona dividint el feix làser en dues parts. Un d’aquests s’utilitza per mesurar com canvia el color del làser (longitud d’ona) amb el pas del temps, mentre que l’altra part passa per un material birefringent (que separa la llum amb diferents estats de polarització). Una matriu de microlens (una graella de lents minúscules) registra com s’estructura el front d’ona del pols làser (forma i direcció).
La informació es registra per un sensor òptic especialitzat, que la capta en una sola imatge des de la qual un programa informàtic reconstrueix l'estructura completa del pols làser.
L’investigador principal Sunny Howard (investigador doctoral al Departament de Física, Universitat d’Oxford i científic visitant a Ludwig - Universitat Maximiliana de Munic) va dir: "El nostre enfocament permet, per primera vegada, la captura completa d’un Ultra {{3- intens Pulse laser en real-} temps, inclosa la seva polarització i un complex estat intern.
"Això no només proporciona informació sense precedents a les interaccions làser -, sinó que també obre el camí per optimitzar els sistemes làser alts- de manera que abans era impossible."
La tècnica es va provar amb èxit a l'Atlas - 3000 PetaWatt - Làser de classe a Alemanya, on va revelar petites distorsions i canvis d'ona en el pols làser que abans eren impossibles de mesurar en temps real -, permetent a l'equip investigador ajustar l'instrument.
Aquestes distorsions, conegudes com a spatio - acoblaments temporals, poden afectar significativament el rendiment dels experiments làser d’intensitat alta -.
Proporcionant feedback de temps real -, Raven permet ajustaments immediats, millorant la precisió i l'eficiència dels experiments en física del plasma, acceleració de partícules i alta - ciència de densitat energètica. També es tradueix en un estalvi de temps important, ja que no es requereixen múltiples trets per caracteritzar completament les propietats del pols làser.
La tècnica també proporciona una nova ruta potencial per realitzar dispositius d’energia de fusió inercial al laboratori - un pas de la porta clau per generar energia de fusió a una escala suficient per alimentar les societats. Els dispositius d’energia de fusió inercial utilitzen polsos làser intensos ultra - per generar partícules altament energètiques dins d’un plasma, que després es propaguen en el combustible de fusió.
Aquest concepte de "escalfament auxiliar" requereix un coneixement precís de la intensitat del pols làser centrada per orientar -se a optimitzar el rendiment de fusió, un ara proporcionat per Raven. Els làsers enfocats també podrien proporcionar una sonda potent per a la física nova -, per exemple, generant fotó - dispersió de fotons al buit dirigint dos polsos els uns als altres.
Co - El professor d'autor Peter Norreys (Departament de Física, Universitat d'Oxford), diu: "Quan la majoria dels mètodes existents requeririen centenars de trets, Raven aconsegueix un espaci complet - caracterització temporal d'un pols làser en un sol. Això no només proporciona una potent eina per als diagnòstics làser Ultra - aplicacions làser intenses, prometent empènyer els límits de la ciència i la tecnologia làser.
Co - Autor Dr. Andreas Döpp (Facultat de Física, Ludwig - Maximilians - University Munic i visitant científic a Atomic and Laser Physics Ultra - Els polsos intensos es limiten a un espai i temps tan minúsculs quan es concentren, hi ha límits fonamentals sobre la quantitat de resolució necessària per realitzar aquest tipus de diagnòstic.
"Aquest era un joc - i significava que podríem utilitzar microlenses, fent que la nostra configuració sigui molt més senzilla."
Amb vista, els investigadors esperen ampliar l’ús de Raven a una gamma més àmplia d’instal·lacions làser i explorar el seu potencial en l’optimització de la investigació energètica de fusió inercial, làser - acceleradors de partícules impulsades i alts experiments d’electrodinàmica quàntica de camp.
