Mae dau ffisegydd yn RIKEN wedi sylweddoli corbys laser hynod fyr gyda phŵer brig o 6 terawat (6 triliwn wat) - sy'n cyfateb yn fras i'r pŵer a gynhyrchir gan 6,000 o orsafoedd ynni niwclear. Mae'r cyflawniad, a fydd yn cyfrannu at ddatblygiad pellach laserau attosecond, wedi ennill Gwobr Nobel mewn Ffiseg 2023 i'r tri ymchwilydd. Cyhoeddwyd yr astudiaeth yn y cyfnodolyn Nature Photonics.
Yn union fel y gall fflach camera "rewi" gwrthrychau sy'n symud yn gyflym i wneud iddynt ymddangos fel pe baent yn sefyll yn llonydd mewn ffotograff, gall corbys laser byr iawn helpu i oleuo prosesau gwibgyswllt, gan roi ffordd bwerus i wyddonwyr eu delweddu a'u canfod.
Er enghraifft, mae corbys laser ar drefn attoseconds (1 attosecond=10-18 eiliad) mor fyr fel y gallant ddatgelu mudiant electronau mewn atomau a moleciwlau, gan ddarparu ffordd newydd o ddarganfod esblygiad adweithiau cemegol a biocemegol. Ymddengys bod hyd yn oed golau yn gallu cropian ar raddfeydd amser mor fyr, gan gymryd tua 3 arsec i basio trwy nanomedr.
“Trwy ddal mudiant electronau, mae laserau attosecond yn gwneud cyfraniad sylweddol at wyddoniaeth sylfaenol,” meddai Eiji Takahashi o Ganolfan Ffotoneg Uwch (RAP) RIKEN, “a disgwylir iddynt gael cymwysiadau mewn ystod eang o feysydd, gan gynnwys yr arsylwi. o gelloedd biolegol, datblygu deunyddiau newydd a diagnosis o gyflyrau meddygol."
Yn fwy dylanwadol
Fodd bynnag, er ei bod yn bosibl creu corbys laser uwchsyth, nid oes ganddynt effaith ac mae ganddynt ynni isel. Byddai creu corbys laser ultrashort, ynni uchel yn ehangu eu defnydd posibl yn fawr, meddai Eiji Takahashi: "Mae ynni allbwn cyfredol laserau attosecond yn hynod o isel. Felly, mae cynyddu eu hegni allbwn yn hanfodol os ydynt i'w defnyddio fel ffynonellau golau mewn a ystod eang o feysydd."
Yn union fel y defnyddir mwyhaduron sain i wella signalau sain, mae ffisegwyr laser yn defnyddio mwyhaduron optegol i gynyddu egni corbys laser. Mae'r mwyhaduron hyn fel arfer yn defnyddio crisialau aflinol sy'n ymateb yn benodol i olau. Fodd bynnag, os defnyddir y crisialau hyn i chwyddo curiadau laser un cylch, gallant gael eu difrodi'n anadferadwy. Mae curiadau laser un cylch mor fyr nes bod y pwls yn dod i ben cyn i'r golau pendilio trwy gylchred tonfedd lawn.
Y dagfa fwyaf yn natblygiad ffynonellau laser isgoch tra chyflym, ynni uchel yw'r diffyg dull effeithiol o chwyddo curiadau laser un cylch yn uniongyrchol," meddai Eiji Takahashi. -cycle ynni pwls laser."
Gosod record newydd
Fodd bynnag, mae'r dagfa hon bellach wedi'i thorri. Maent wedi chwyddo corbys un cylch i fwy na 50 milijoule, mwy na 50 gwaith y canlyniad gorau blaenorol. Oherwydd bod y corbys laser sy'n deillio o hyn mor fyr, mae'r egni hwn yn trosi'n bŵer anhygoel o uchel o ychydig terawat.
Dywedodd Takahashi, "Rydym wedi dangos sut i oresgyn y dagfa trwy sefydlu dull effeithlon i chwyddo corbys laser un cylch."
Mae eu dull, o'r enw ymhelaethu parametrig optegol uwch wedi'i naddu'n ddwbl (DC-OPA), yn syml iawn ac yn cynnwys dim ond dau grisial sy'n ymhelaethu ar ranbarthau cyflenwol y sbectrwm.
Dywedodd Takahashi, "Mae DC-OPA Uwch ar gyfer chwyddo corbys laser un cylch mor syml fel ei fod yn seiliedig ar y cyfuniad o ddau grisialau aflinol yn unig - mae'n teimlo fel syniad y gallai unrhyw un ei feddwl. Mae'n fy synnu bod cysyniad mor syml yn darparu techneg mwyhau newydd a datblygiad arloesol laserau tra chyflym ynni uchel."
Yn bwysig, mae'r DC-OPA datblygedig yn gweithredu dros ystod eang iawn o donfeddi. Roedd y tîm yn gallu ymhelaethu corbys gyda gwahaniaeth tonfedd o fwy na dwywaith y donfedd.Takahashi Dywedodd, "Mae gan y dull newydd hwn y nodwedd chwyldroadol bod y lled band ymhelaethu yn caniatáu ar gyfer allbwn amledd ultra-eang heb effeithio ar y nodweddion graddio ynni allbwn."
Techneg ymhelaethu nofel
Mae eu techneg yn amrywiad o dechneg ymhelaethu curiad y galon optegol arall o'r enw "chirped-pulse amplifier," y dyfarnwyd Gwobr Nobel mewn Ffiseg i dri ymchwilydd o'r Unol Daleithiau, Ffrainc a Chanada yn 2018. laserau yw un o'r technolegau sy'n gyrru'r datblygiad o laserau.
Mae Takahashi yn disgwyl y bydd eu technoleg yn hyrwyddo datblygiad laserau attosecond ymhellach: 'Rydym wedi llwyddo i ddatblygu dull mwyhau laser newydd a all gynyddu dwyster corbys laser un cylch i bŵer brig terawat,' meddai, 'ac nid oes amheuaeth. bod hyn yn gam mawr ymlaen yn natblygiad laserau attosecond pŵer uchel."
Yn y tymor hir, ei nod yw mynd y tu hwnt i'r laser attosecond a chreu corbys hyd yn oed yn fyrrach.
