Новая плазменная система может привести к созданию самого мощного в мире лазера - Pro-Gadgets

Карманный генератор электроэнергии HandEnergy. Что это и как работает?

Подводный скутер Waydoo Subnado. Цена и характеристики

Планшет Xiaomi Pad 5. Обзор, полные характеристики и цена

Прозрачный телевизор xiaomi: обзор, характеристики и стоимость

Странный ноутбук Aurora 7 с семью дисплеями

Xiaomi выпустит кнопочный смартфон с Android 12 и сенсорным экраном

Samsung Galaxy A23 5G и A04s скоро выйдут

Xiaomi Mi Band 7 Pro получит независимый GPS-навигатор. Характеристики и обзор.

Новая плазменная система может привести к созданию самого мощного в мире лазера

Pro-Gadgets | 31.08.2022 - 20:23:04 | Просмотров: 77

Исследователи Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (LLNL) разработали компактный лазер мощностью в несколько петаватт, который использует плазменные пропускающие решетки для преодоления ограничений мощности обычных твердотельных оптических решеток. Эта конструкция может позволить создать сверхбыстрый лазер в 1000 раз мощнее существующих лазеров такого же размера.

Сверхмощный лазер

Петаваттные (квадриллионваттные) лазеры полагаются на дифракционные решетки для усиления чирпированного импульса (CPA) - техники растяжения, усиления и последующего сжатия высокоэнергетического лазерного импульса, чтобы избежать повреждения оптических компонентов. CPA, получившая Нобелевскую премию по физике в 2018 году, лежит в основе усовершенствованного радиографического потенциала Национального центра зажигания, а также предшественника NIF - Nova Laser, первого в мире петаваттного лазера.

С порогом повреждения на несколько порядков выше, чем у обычных отражательных решеток, плазменные решетки "позволяют нам обеспечить гораздо большую мощность при том же размере решетки", - сказал бывший постдок LLNL Мэтью Эдвардс, соавтор статьи в Physical Review Applied, описывающей новую конструкцию, опубликованную 9 августа в Интернете. К Эдвардсу в работе над статьей присоединился руководитель группы взаимодействия лазера и плазмы Пьер Мишель.

"Стеклянная фокусирующая оптика для мощных лазеров должна быть большой, чтобы избежать повреждений", - сказал Эдвардс. "Энергия лазера распределяется, чтобы сохранить низкую локальную интенсивность. Поскольку плазма сопротивляется оптическим повреждениям лучше, чем, например, кусок стекла, мы можем представить себе создание лазера, который производит в сотни или тысячи раз больше энергии, чем нынешняя система, не делая эту систему больше".

Сверхмощный лазер

Схема лазерной системы на основе плазменной решетки с использованием архитектуры усиления импульсов с двойным чирпированием. © Ливерморская национальная лаборатория имени Лоуренса

LLNL, имеющий 50-летний опыт разработки высокоэнергетических лазерных систем, также долгое время был лидером в разработке и изготовлении самых больших в мире дифракционных решеток, таких как золотые решетки, использовавшиеся для получения 500-джоульных петаваттных импульсов на лазере Nova в 1990-х годах. Однако для лазеров следующего поколения мощностью в несколько петаватт и эксаватт (1000 петаватт) потребуются еще более крупные решетки, чтобы преодолеть ограничения на максимальный флюенс (плотность энергии), налагаемые обычной твердой оптикой (см. "Голографические плазменные линзы для сверхмощных лазеров").

Эдвардс отметил, что оптика из плазмы, смеси ионов и свободных электронов, "хорошо подходит для относительно высокоповторного лазера высокой средней мощности". Новая конструкция может, например, позволить создать лазерную систему, схожую по размерам с L3 HAPLS (High-Repetition-Rate Advanced Petawatt Laser System) в ELI Beamlines в Чехии, но с пиковой мощностью в 100 раз больше.

Разработанный и построенный LLNL и доставленный в ELI Beamlines в 2017 году, HAPLS был разработан для производства 30 джоулей энергии за 30 фемтосекунд (квадриллионная доля секунды) длительности импульса, что равно петаватту, и делает это с частотой 10 герц (10 импульсов в секунду).

"Если представить, что можно построить HAPLS с пиковой мощностью в 100 раз больше при той же частоте повторения, то именно для таких систем это будет наиболее подходящим вариантом", - говорит Эдвардс, ныне доцент машиностроения в Стэнфордском университете.

"Решетка может быть переделана при очень высокой частоте повторения, поэтому мы считаем, что работа на частоте 10 Герц возможна при таком типе конструкции. Однако она не подходит для лазера непрерывной волны высокой средней мощности".

Хотя плазменная оптика успешно использовалась в плазменных зеркалах, по словам исследователей, ее применение для сжатия импульсов при высокой мощности было ограничено сложностью создания достаточно однородной большой плазмы и сложностью нелинейной динамики плазменных волн.

"Оказалось, что трудно заставить плазму делать то, что вы хотите", - сказал Эдвардс. "Трудно сделать их достаточно однородными, добиться того, чтобы колебания температуры и плотности были достаточно малы, и так далее".

"Мы стремимся к такой конструкции, при которой подобная неоднородность будет как можно меньшей проблемой для всей системы - конструкция должна быть очень толерантной к недостаткам плазмы, которую вы используете".

Основываясь на моделировании с использованием кода EPOCH "частица в ячейке" (PIC), исследователи заявили: "Мы ожидаем, что этот подход способен обеспечить степень стабильности, недоступную для других механизмов сжатия на основе плазмы, и может оказаться более осуществимым на практике". Новая конструкция "требует только газ в качестве исходной среды, устойчива к изменениям в условиях плазмы и минимизирует объем плазмы для обеспечения достаточной однородности".

"Используя достижимые параметры плазмы и избегая плазмы твердой плотности и твердотельной оптики, этот подход предлагает реальный путь к следующему поколению мощных лазеров".

Источник: phys.org

БОЛЬШЕ ПОПУЛЯРНЫХ НОВОСТЕЙ

Дроны с 3D-печатью работают как пчелы, строя и ремонтируя конструкции во время полета

Технология, которая была протестирована в лаборатории, в конечном итоге может быть использована для производства и строительства в труднодоступных или опасных местах.

Pro-Gadgets - 2022-09-24 10:21:50

Ховербайк Aerwins Xturismo, способный летать в течение 40 минут (видео)

Ховербайк с впечатляющей дальностью полета произвел большое впечатление своей последней демонстрацией на Североамериканском автосалоне в Детройте.

Pro-Gadgets - 2022-09-22 21:09:37

Персональные стальные батискафы Nemo стали гораздо доступнее

Компания U-Bat Worx разработала такой персональный батискаф nemo. Стоимость первой версии подводной лодки была объявлена в 2020 году и составляла на тот момент 1 миллион долларов.

Pro-Gadgets - 2022-09-12 22:07:08

Очки Lenovo создадут персональный виртуальный дисплей где угодно

Компания Lenovo анонсировала новый носимый дисплей под названием Lenovo Glasses T1, который может подключаться к телефонам и компьютерам для просмотра видео или игр на большом виртуальном экране.

Pro-Gadgets - 2022-09-12 21:45:13

В центре Дубая хотят построить гигантский плавучий кольцевой город

Радикальная новая концепция под названием Downtown Circle, разработанная компанией ZNera Space, представляет собой массивную кольцевую городскую зону, парящую в небе на высоте 550 метров.

Pro-Gadgets - 2022-09-12 21:11:44

В сети появилась информация об удивительной разработке специалистов из Esperanto Technologies. Они создали новейший процессор, включающий в себя 1000 ядер RISC-V.

2022-06-27 01:41:45

Основная задача роутера - подключиться к сети интернет и раздавать его. Но иногда бывает такое, что сам роутер не подлежит восстановлению. Тогда приходится ехать в магазин и покупать новый. Купили роутер, а что дальше? Рассмотрим пример настройки при помощи роутера TP LINK TL-WR841N.

2022-06-27 01:41:45

Что такое цифровой 3D билборд? Как он работает?

Что такое VPN и как он работает?

Что такое голограмма? Как она работает и где используется.

Компьютерные чипы, имитирующие работу мозга

Что такое Android? Вот все, что вам нужно знать об Андроиде

Разница поколений: как работают ПК, суперкомпьютер и квантовый компьютер

Лучшие бесплатные VPN для Android-смартфонов: выбор ZOOM

Как работают сенсорные экраны?