Jako jedinečný zdroj energie hrají super lasery klíčovou roli v mnoha aspektech, jako je vědecký výzkum, průmysl a medicína. Aby se získaly laserové impulsy s vysokou intenzitou, paprsky se obecně v prostoru sbíhají na velmi malé velikosti a po sblížení se díky difrakčním efektům rychle rozcházejí. V oblastech, jako je zrychlení laserového probuzení, jsou však lasery povinny udržovat vysokou intenzitu světla na značnou vzdálenost. Studie vedená Marlene Turnerovou, vědkyní Národní laboratoře Lawrence Berkeleyho (LBNL), se na tuto oblast vztahuje.
Při akceleraci laserového wakefieldu se super výkonný laser používá k excitaci elektrostatických vln v plazmě a nabité částice lze v elektrostatických vlnách urychlit, podobně jako při surfování po moři. Nejzvláštnějším rysem tohoto typu urychlovače je, že vzdálenost zrychlení potřebná pro nabité částice k získání určitého množství energie je tisíckrát kratší než u tradičních metod zrychlování. Pokud však není laserový paprsek veden, rozptýlí se brzy po zaostření, což výrazně sníží intenzitu laserového pulsu a vzdálenost zrychlení, která může řídit pole intenzivní probuzení. Zkrácení zrychlovací vzdálenosti proto způsobí, že částice nezískají nejlepší energii zrychlení.
U pulzů s nízkou intenzitou je řešením difrakce sklo z optických vláken, které dokáže navést laserový paprsek na tisíce kilometrů, ale lasery s vysokou intenzitou mohou optické vlákno poškodit. Profesorka Marlene Turnerová a další ve článku ve druhém čísle High Power Laser Science and Engineering 2021 studovali plazmové vlákno používané pro super výkonné lasery. Plazma může snížit difrakční efekt a vést laserový paprsek k prodloužení jeho přenosové vzdálenosti o vysoké intenzitě. . Výzkumný tým ukázal dosud nejdelší 40 cm vysoce kvalitní výtlačnou kapiláru.
Jak vede plazmový vlnovod laser? Objektiv nebo optické vlákno může odklonit laserové světlo prostřednictvím nejsilnější distribuce indexu lomu ve středu. U plazmatu je toho dosaženo nejnižší distribucí elektronové hustoty ve středu. Postupné zvyšování rozložení hustoty elektronů v radiálním směru vede k postupnému zvyšování indexu lomu v radiálním směru, což je něco jako super výkonná čočka nebo laserová trubice pro vysoce výkonné lasery.
Jak lze takovou plazmu generovat? Dosud byla implementována řada technologií. V tomto článku vědci použili zafírovou kapilární trubici naplněnou plynem s elektrodami připojenými k oběma koncům. Plazma je generována vysokonapěťovým výbojem. Výbojový proud ohřívá plazmu a ochlazuje ji v blízkosti stěny trubice, čímž se teplota blíží stěně trubice níže. Protože je tlak vzduchu vyrovnaný, hustota elektronů od středu ke koncům se postupně zvyšuje, což má za následek super silný vlnovod pro vedení laserového paprsku.
Na rozdíl od statické skleněné čočky nebo optického vlákna se plazmonický vlnovod obnoví při každém pulsu. Vědci proto podrobně studovali změny parametrů každého výboje a prokázali vynikající stabilitu a opakovatelnost. To je velmi důležité pro urychlující paprsek s víceparametrovými změnami zrychlení pole laserového probuzení. Vědci zjistili, že změna parametrů vlnovodu v různých výbojových procesech je menší než 1%a distribuce hustoty v každém kanálu je velmi blízká. To znamená, že každý laserový puls bude cestovat stejným způsobem po stejné dráze ve vlnovodu.
& quot; Tato práce ukazuje, že kapilární trubice může generovat velmi stabilní plazmu, což naznačuje, že fluktuace pozorované při výkonu urychlovače jsou způsobeny především fluktuacemi laserového pohonu a k zajištění velmi rychlé laserové zpětné vazby je zapotřebí zajistit stabilita." Kalifornská technologie urychlovače LBNL Dr. Cameron Geddes, ředitel odboru aplikované fyziky, uvedl výše uvedené komentáře k této práci.
Přesná kontrola tvaru skleněné čočky určuje optický výkon, ale je výzvou ovládat plazmu na stejné úrovni. V ideálním případě je distribuce elektronové hustoty parabolická, ale ve skutečnosti již není parabolou daleko od osy kanálu. Vědci zjistili, že je to velmi důležité v plazmě jako teleskopickém systému ke zvýšení ohniskové vzdálenosti paprsku. Díky velmi přesnému ovládání vědci v tomto příspěvku používají k vedení laseru parabolické plazmy distribuované v blízkosti ohniskového bodu laseru, takže kvalita paprsku se během šíření paprsku nesníží. Vybíjecí kapilární vlnovod získal vysokoenergetické elektrony v urychlovači laserového wakefieldu. Očekává se, že 40 cm dlouhý vlnovod vyvinutý výzkumným týmem posune mezní energii na vyšší úroveň.
