Информационная война - это когда все газеты становятся желтыми

Хроматическая аберрация помогла быстро сдвинуть фокус лазерного пучка

13 марта, 19:42:27

D. H. Froula et al./ Nature Photonics, 2018

Американские физики разработали метод управляемого смещения фокуса лазерного луча с помощью хроматической аберрации. Использование лазерного импульса с изменяющейся длиной волны и дифракционной линзы позволяет контролируемо сдвигать положение фокуса со скоростью, почти в 40 раз превосходящую скорость света, пишут ученые в Nature Photonics.

Сфокусированные сверхмощные лазеры уже сейчас используются в качестве источника электрического и магнитного полей, достаточных для излучения электронами гамма-фотонов. Многие считают, что мощности современных лазерных установок в ближайшее время хватит и для исследования фундаментальных свойств электрон-позитронной плазмы, для образования которой из квантов света требуются еще более сильные поля. При этом одной из проблем при фокусировке лазерных пучков считается слабый контроль положения и размера фокального пятна. Этими параметрами можно управлять за счет изменения радиуса лазерного пучка и фокусного расстояния, что удается делать для излучений небольшой мощности, но крайне затруднительно для мощности в сотни тераватт.

Американские физики из Рочестерского университета под руководством Дастина Фрулы (Dustin H. Froula) предложили способ контролируемого смещения фокуса лазерного пучка со скоростями, близкими к скорости света, с помощью управления хроматической аберрацией. Для этого ученые использовали очень короткий лазерный импульс длительностью от 14 до 65 пикосекунд, в котором длина волны изменялась с течением времени примерно на 9 нанометров (среднее значение — 1054 нанометра). Для фокусировки использовалась дифракционная линза с бороздками, ширина которых уменьшаласяь от центра к краю. При таком подходе, поскольку из-за хроматической аберрации разные длины волн фокусируются на разном расстоянии от линза, за время импульса положение фокуса смещается.

Оказалось, что в использованной учеными конфигурации изменение длины волны на 9 нанометров приводит к смещению фокусного расстояния на 4,5 миллиметра. При этом если длина волны в течение импульса увеличивается, то положение фокуса смещается вперед, а если уменьшается, то назад. При этом в зависимости от длительности импульса, скорость смещения фокуса может быть как меньше скорости света, так и больше: для самых длинных импульсов она составляла примерно 0,1c, а для самых коротких — примерно 39c.


Фокусировка коротких мощных лазерных импульсов — один из важных инструментов для исследовании квантовых эффектов при взаимодействии элементарных частиц с сильными внешними полями. Например, недавно российские ученые показали, что в фокусе сверхмощного лазера может проходить лавинообразное рождения электронов и позитронов, которое приводит к возникновению плазмы рекордно высокой плотности. А с помощью фокусировки лазерных импульсов на струях газа удалось изучить процесс торможения электронов, сопровождающийся излучением высокоэнергетических гамма-квантов.

Александр Дубов

Автоматические теги: Лазеры, Наука, Микромир, Физика, США, Электроэнергия, Россия,

Всего новостей в базе - 258571.