توان لیزر برای ورود به دنیایی جدید در تحقیقات فیزیک

دانشمندان برای افزایش شدت لیزر به یک روش تازه دست یافته‌ اند، براساس این روش شدت لیزر‌ها با فشرده ‌سازی پالس لیزر افزایش می یابد. با این رویکرد دانشمندان به آستانه‌ شدتی دست یافته ‌اند که امکان کاوش در حوزه‌ ای از فیزیک که پیش از این دست ‌نیافتنی بود، یعنی پدیده‌ های الکترودینامیک کوانتومی، فراهم شده ‌است. به همین دلیل عنوان این مقاله علاوه بر انتشار در مجله Applied Physics Letters، روی جلد مجله نیز قرار گرفت.   

در سال ۱۹۸۵ دونا استریکلند و ژرارد مورو[۱]، برندگان جایزه نوبل در سال ۲۰۱۸، با اختراع روش تقویت با جابجایی بسامد[۲]، شدت لیزر را افزایش دادند از آن زمان تاکنون شدت لیزر به ‌طور فزاینده ‌ای افزایش پیدا کرده‌ است تا اینکه در سال‌ های اخیر به یک مقدار حدی رسید. بسیاری از گروه‌ های تحقیقاتی انرژی لیزر را تقویت می ‌کنند تا بتوانند قدرت آن را افزایش دهند، اما این راهکار گران است و به باریکه ‌ها و مجموعه‌ های اپتیکی عظیم که ابعاد آن‌ها به بیش از یک متر می ‌رسد نیاز دارد.

محققان ژان کلود کیفر[۳] از انستیتوی ملی تحقیقات علمی فرانسه [۱]INRS ، ای، اِی کازانف[۴] از مؤسسه فیزیک کاربردی آکادمی علوم روسیه و ژرارد مورو، استاد برجسته‌ دانشگاه پلی ‌تکنیک فرانسه دریافت کننده جایزه نوبل فیزیک سال ۲۰۱۸، روش جدیدی را برای دستیابی به توانی در حدود ۱۰^۲۳ وات (W) انتخاب کرده ‌اند. آنها به جای افزایش انرژی لیزر، مدت زمان پالس را به اندازه‌ چند فمتوثانیه کاهش می دهند. این امر سبب می شود اندازه و هزینه های عملیاتی سیستم به شکل معقولی کاهش یابد.

برای تولید کوتاه ‌ترین پالس ممکن لیزری پژوهشگران از پالس‌های لیزر Ti:Sa و اپتیک غیرخطی استفاده کردند. پرتو لیزر درون یک صفحه شیشه ‌ای بسیار باریک و کاملاً همگن فرستاده شد. رفتار ویژه موج داخل این محیط جامد به گسترده شدن طیف می ‌انجامد. اما هنگام بیرون آمدن پرتو از صفحه شیشه ‌ای مجدداً فشرده می ‌شود و  پالس کوتاه ‌تر به ‌دست می‌ آید.

طرحواره آزمایش:  CM_i(i=1,2)آینه های چلچله ‌ای[۲]،M  یک آینه باند پهن با پوشش دی الکتریک،MP  یک صفحه فلزی برای نمونه برداری از پرتو،NC  یک کریستال غیرخطی،NP  یک صفحه غیرخطی، PMi (i=1,2)، آینه های پارابولیکی خارج از محور، SM یک آینه کروی،TS  یک صفحه انتقال و  Wi (i=1,2) گوه ها را نشان می دهند.

محققین این پژوهش با استفاده از امکانات منابع نور لیزری پیشرفته مؤسسه INRS ابتدا آزمایش خود را به انرژی ۳ ژول، پالس ۱۰ فمتوثانیه و توان ۳۰۰ تراوات (۱۰^۱۲) محدود کردند و سپس این آزمایش را با انرژی ۱۳ ژول، پالس ۵ فمتوثانیه و توان ۳ پتاوات (۱۰^۱۵) تکرار کردند. به این ترتیب پروفسور کیفر مدعی است که اولین گروه در جهان هستند که به این سطح از انرژی با لیزری که چنین پالس کوتاهی دارد دست پیدا کرده ‌اند.

او می‌گوید: “اگر به پالس‌ های بسیار کوتاه دست پیدا کنیم، وارد رده های مسایل نسبیتی می ‌شویم. این سویه بسیار جالب توجه، این پتانسیل را دارد که افق ‌های تازه ‌ای برابر جامعه علمی قرار دهد.” این قابلیت برترین پتانسیل این روش محسوب می ‌شود.

 

Reference:

[۱] S. Yu. Mironov et al, Thin plate compression of a sub-petawatt Ti:Sa laser pulses, Applied Physics Letters (2020). DOI: 10.1063/5.0008544

 

Source: https://phys.org/news/2020-07-lasers-powerful-kind-physics.html

 

 

 

[۱] Gérard Mourou

[۲] Frequency Drift Amplification

[۳] Jean-Claude Kieffer

[۴] E.A. Khazanov

[۱] Institute National de la Recherche Scientifique

[۲] Chirped Mirror