Gli scienziati dell'Università di Oxford hanno svelato un metodo pionieristico per catturare l'intera struttura di impulsi laser ultra - in una singola misurazione. La svolta, pubblicata in stretta collaborazione con Ludwig - Massimilian University di Monaco e il Max Planck Institute for Quantum Optics, potrebbe rivoluzionare la nostra capacità di controllare la luce - le interazioni materiali.
Ciò avrebbe applicazioni trasformative in molte aree, tra cui la ricerca su nuove forme di fisica e la realizzazione delle intensità estreme richieste per la ricerca sull'energia di fusione. I risultati sono stati pubblicati inFotonica della natura.
Ultra - Laser intensi possono accelerare gli elettroni a quasi - velocità di luce all'interno di una singola oscillazione (o "ciclo d'onda") del campo elettrico, rendendoli uno strumento potente per studiare la fisica estrema. Tuttavia, le loro fluttuazioni rapide e la struttura complessa rendono difficili le misurazioni temporali reali - delle loro proprietà.
Fino ad ora, le tecniche esistenti in genere richiedevano centinaia di colpi laser per assemblare un quadro completo, limitando la nostra capacità di catturare la natura dinamica di questi impulsi di luce estremi.
Il nuovo studio, condotto congiuntamente dai ricercatori del Dipartimento di Fisica dell'Università di Oxford e della Ludwig - Università Maximilian di Monaco, Germania, descrive un nuovo singolo- Shot Diagnostic Technique, chiamato Raven (Real - Acquisizione del tempo di elettromagnetica vettoriale vicino a-). Questo metodo consente agli scienziati di misurare la forma completa, i tempi e l'allineamento dei singoli impulsi laser Ultra - con alta precisione.
Avere un quadro completo del comportamento dell'impulso laser potrebbe rivoluzionare i guadagni delle prestazioni in molte aree. Ad esempio, potrebbe consentire agli scienziati di rafforzare i sistemi laser - in tempo reale - (anche per i laser che sparano solo occasionalmente) e colmare il divario tra realtà sperimentale e modelli teorici, fornendo dati migliori per modelli di computer e AI - simulazioni elettriche.
Il metodo funziona dividendo il raggio laser in due parti. Uno di questi viene utilizzato per misurare il modo in cui il colore del laser (lunghezza d'onda) cambia nel tempo, mentre l'altra parte passa attraverso un materiale birifrangente (che separa la luce con diversi stati di polarizzazione). Un array di microleni (una griglia di piccole lenti) registra quindi come è strutturato il modo in cui il fronte d'onda (forma e direzione) dell'impulso laser.
Le informazioni sono registrate da un sensore ottico specializzato, che lo cattura in un'unica immagine da cui un programma per computer ricostruisce l'intera struttura dell'impulso laser.
Il ricercatore principale Sunny Howard (ricercatore Ph.D. nel Dipartimento di Fisica, Università di Oxford e scienziato in visita a Ludwig - Massimilian University di Monaco) ha dichiarato: "Il nostro approccio abilita, per la prima volta, la sua completa stazione di polarizzazione.
"Questo non solo fornisce approfondimenti senza precedenti sulle interazioni Laser -, ma apre anche la strada per ottimizzare i sistemi laser alimentari alti - in un modo precedentemente impossibile."
La tecnica è stata testata con successo sull'Atlas - 3000 Petawatt - Laser di classe in Germania, dove ha rivelato piccole distorsioni e turni di onda nell'impulso laser che in precedenza erano impossibili da misurare in un tempo reale -
Queste distorsioni, note come spati - accoppiamenti temporali, possono influenzare significativamente le prestazioni di esperimenti laser ad alti- di intensità.
Fornendo feedback del tempo -, Raven consente regolazioni immediate, migliorando l'accuratezza e l'efficienza degli esperimenti nella fisica del plasma, l'accelerazione delle particelle e la scienza della densità energetica - elevata. Si traduce inoltre in significativi risparmi di tempo, poiché non sono necessari più scatti per caratterizzare completamente le proprietà dell'impulso del laser.
La tecnica fornisce anche un potenziale nuovo percorso per realizzare dispositivi di energia inerziale di fusione nel laboratorio - Un passo di gateway chiave verso la generazione di energia di fusione su una scala sufficiente per le società di potere. I dispositivi di energia inerziale di fusione usano gli impulsi laser ultra - per generare particelle altamente energetiche all'interno di un plasma, che si propagano nel combustibile di fusione.
Questo concetto di "riscaldamento ausiliario" richiede una conoscenza accurata dell'intensità dell'impulso laser focalizzato al target per ottimizzare la resa di fusione, una ora fornita da Raven. I laser focalizzati potrebbero anche fornire una potente sonda per la nuova fisica - Ad esempio, generando fotoni - scattering del fotone in un vuoto dirigendo due impulsi l'uno contro l'altro.
CO - L'autore professor Peter Norreys (Dipartimento di Fisica, Università di Oxford), afferma: "Laddove la maggior parte dei metodi esistenti richiederebbe centinaia di colpi, Raven raggiunge uno spati completo - una ampia caratterizzazione di un ampio polso in Laser solo uno. Questo non solo fornisce un nuovo strumento potente per la diagnostica laser ma ha anche il potenziale per il progresso temporale di una vasta gamma di. Ultra - Applicazioni laser intense, promettendo di spingere i confini della scienza e della tecnologia laser.
Co-author Dr. Andreas Döpp (Faculty of Physics, Ludwig-Maximilians-University Munich and visiting scientist to Atomic and Laser Physics, University of Oxford) adds, "Shortly after Sunny joined us in Munich for a year it finally 'clicked' and we realized the beautiful result underpinning RAVEN: that because Ultra - Gli impulsi intensi sono confinati in uno spazio e un tempo così minuscoli se focalizzati, ci sono limiti fondamentali su quanta risoluzione è effettivamente necessaria per eseguire questo tipo di diagnostica.
"Questo era un gioco di gioco - e significava che potevamo usare i microlesi, rendendo la nostra configurazione molto più semplice."
Guardando al futuro, i ricercatori sperano di espandere l'uso di Raven in una gamma più ampia di strutture laser ed esplorare il suo potenziale nell'ottimizzazione della ricerca inerziale di energia inerziale, laser - Acceleratori di particelle guidati e esperimenti di elettrodinamica quantistica di campo-.
