تیم خارجی روش جدیدی برای ایجاد پالس های لیزری با 1،{1}} برابر قدرت بیشتر ایجاد می کند!

اخیراً، دانشمندان در یک مطالعه مشترک از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری برای نشان دادن روش جدیدی برای فشرده‌سازی نور برای افزایش شدت آن به اندازه کافی برای استخراج ذرات از خلاء و مطالعه ماهیت ماده استفاده کردند.
برای دستیابی به این هدف، سه گروه تحقیقاتی برای ایجاد یک آینه بسیار خاص با یکدیگر متحد شده اند - آینه ای که نه تنها پالس های نور را منعکس می کند، بلکه آنها را در زمان بیش از 200 با پتانسیل فشرده سازی بیشتر فشرده می کند.
تیمی از دانشگاه Strathclyde، UNIST و GIST یک ایده ساده ارائه کردند - استفاده از گرادیان در چگالی پلاسما (ماده کاملاً یونیزه) برای "خوشه‌بندی" فوتون‌ها، شبیه به مجموعه‌ای از ماشین‌های کشیده! هنگام برخورد با تپه شیب دار این می تواند نسل بعدی لیزرها را متحول کند و قدرت آنها را بیش از یک میلیون برابر آنچه امروز قابل دستیابی است افزایش دهد.
این روش جدید فشرده سازی پالس های لیزر در پلاسما در مجله Nature Photonics منتشر شده است.
پرقدرت ترین لیزرهای جهان دارای حداکثر توانی در حدود 10 بیت وات هستند. در این زمینه، 173 بیت وات (173 x 1015 وات) نور خورشید به جو فوقانی زمین می رسد که حدود یک سوم آن به سطح زمین می رسد. یک بیت وات 1015 وات، یک اوات 1018 وات، و یک زفیر وات 1021 وات است. خورشید 4×1026 وات برق یا 400،{15}} زتاوات تولید می کند.
لیزرهای پرقدرت پالس های نوری با مدت زمان بسیار کوتاه تولید می کنند، معمولاً چند فمتوثانیه (1 فمتوثانیه=10-15) ثانیه، که با تکنیکی به نام تقویت پالس چیرپ (CPA)، که شامل فشرده سازی پالس، اساساً تمرکز انرژی است، به دست می آید. یک پالس لیزر در یک دوره زمانی کوتاه، در نتیجه اوج قدرت آن را با مرتبه های بزرگی افزایش می دهد.
پروفسور دینو یاروسزینسکی، از گروه فیزیک دانشگاه استراثکلاید، گفت: "یک سوال مهم و اساسی این است که وقتی شدت نور از سطوح معمول در زمین بیشتر شود، چه اتفاقی می افتد. لیزرهای پرقدرت دانشمندان را قادر می سازد تا به سوالات اساسی در مورد طبیعت پاسخ دهند. از ماده و خلاء، و برای کشف مرزهای به اصطلاح شدت."
"کاربرد لیزرهای تراوات نسبت به لیزرهای ضرب وات بر ماده، توسعه نسل بعدی پدال های گاز پلاسما لیزری را که هزاران بار کوچکتر از پدال های گاز معمولی هستند، امکان پذیر می کند. ارائه ابزارهای جدید به دانشمندان، روش انجام تحقیقات علمی را تغییر می دهد. ما مرکز اسکاتلندی برای کاربردهای شتاب دهنده پلاسما (SCAPA) را در دانشگاه Strathclyde ایجاد کرده ایم تا برنامه های کاربردی مبتنی بر لیزرهای پرقدرت را پیش ببریم."
پروفسور Min Sip Hur از UNIST گفت: "انتظار می رود نتایج این تحقیق در زمینه های مختلف از جمله فیزیک نظری پیشرفته و اخترفیزیک قابل استفاده باشد. همچنین می توان از آن در تحقیقات همجوشی لیزری برای کمک به حل مشکلات انرژی پیش روی بشر استفاده کرد. تیم مشترک کره‌ای و بریتانیایی ما قصد دارد این ایده‌ها را در آزمایشگاه تأیید کند.»
پروفسور هیونگ سوک از GIST گفت: "پلاسما می تواند نقشی مشابه در یک سیستم CPA به عنوان یک گریتینگ پراش معمولی ایفا کند، اما ماده ای است که از بین نمی رود. بنابراین، فناوری CPA معمولی را با گنجاندن یک سیستم بسیار ساده افزایش می دهد. حتی اگر اندازه پلاسما فقط چند سانتی متر باشد، می توان از آن در لیزرهایی با حداکثر توان بیش از 100 میلیون وات استفاده کرد.
یک میلیارد وات و صفر وات در حال حاضر در واقع توان های بسیار بالایی هستند، اما شدت آنها را می توان با استفاده از لنزها یا آینه های منحنی برای متمرکز کردن پالس لیزر بر روی یک نقطه کوچک برای متمرکز کردن انرژی آن، تا حد زیادی افزایش داد. مشابه فشرده کردن یک پالس لیزر در زمان به مدت کوتاهتر، همین کار را می توان برای فشرده کردن پالس در فضا انجام داد، یعنی آن را روی یک نقطه کوچک متمرکز کنید. بنابراین فشرده سازی، در فضا یا زمان، امکان افزایش شدت پالس لیزر را به روشی بسیار کلی فراهم می کند. فشرده سازی فضایی را می توان به راحتی با استفاده از یک لنز برای تمرکز نور خورشید روی یک تکه کاغذ آزمایش کرد. خود به خود می سوزد.
ماده با شدت فزاینده دستخوش تغییرات مختلفی می شود. برای مثال، یونیزاسیون هوا در طول موج‌های مرئی از 1010-1012 W/cm2 فراتر می‌رود، و هنگامی که الکترون‌ها در معرض لیزرهایی با شدت‌های بیش از 1018 W/cm2 قرار می‌گیرند، به سرعت نور نزدیک می‌شوند و به قلمرو اپتیک نسبیتی منتهی می‌شوند.
در شدت‌های 1024 W/cm2 و بالاتر، پروتون‌ها به سرعت نور نزدیک می‌شوند و ذراتی که یک میدان لیزری قوی را تجربه می‌کنند با میدان تابشی خود واکنش نشان می‌دهند، که مرز شدت فعلی در فیزیک است. در شدت‌های بالاتر از 1029 وات بر سانتی‌متر مربع، حد معروف شوینگر، ذرات مستقیماً از نور خلاء ایجاد می‌شوند و می‌توانند مستقیماً به ماده تبدیل شوند. این به لیزرهای AiW تا ZiW نیاز دارد.
درک ماهیت ماده و خلاء در شدت‌های بالاتر از 1024 W/cm2 یکی از چالش‌های برجسته فیزیک مدرن است. لیزرهای پرقدرت همچنین امکان مطالعه پدیده‌های اخترفیزیکی را در آزمایشگاه فراهم می‌کنند و بینش منحصربه‌فردی را در مورد فضای داخلی ستارگان و منشأ کیهان ارائه می‌دهند.