Eşsiz bir enerji kaynağı olarak süper lazerler, bilimsel araştırma, endüstri ve tıp gibi birçok alanda kilit rol oynamaktadır. Yüksek yoğunluklu lazer darbeleri elde etmek için, ışınlar genellikle uzayda çok küçük bir boyuta yakınsar ve yakınsadıktan sonra kırınım etkilerinden dolayı hızla uzaklaşırlar. Bununla birlikte, lazer uyandırma alanı hızlandırma gibi alanlarda, lazerlerin önemli bir mesafe boyunca yüksek ışık yoğunluğunu sürdürmesi gerekir. Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'nda (LBNL) bir bilim adamı olan Marlene Turner tarafından yürütülen bir araştırma bu alana uzanıyor.
Lazer uyandırma alanı hızlandırmada, süper güçlü lazer, plazmadaki elektrostatik dalgaları uyarmak için kullanılır ve yüklü parçacıklar, denizde sörf yapmaya benzer şekilde elektrostatik dalgalarda hızlandırılabilir. Bu tür hızlandırıcıların en belirgin özelliği, yüklü parçacıkların belirli bir miktarda enerji elde etmeleri için gereken ivme mesafesinin geleneksel hızlandırma yöntemlerine göre binlerce kat daha kısa olmasıdır. Bununla birlikte, lazer ışını yönlendirilmezse, odaktan hemen sonra dağılacak ve lazer darbesinin yoğunluğunu ve yüksek yoğunluklu iz alanını sürdürebilen hızlanma mesafesini büyük ölçüde azaltacaktır. Dolayısıyla ivme mesafesinin kısalması parçacıkların en iyi ivme enerjisini elde edememesine neden olacaktır.
Düşük yoğunluklu darbeler için, kırınım için çözüm, lazer ışınını binlerce kilometre boyunca yönlendirebilen optik fiber camdır, ancak yüksek yoğunluklu lazerler optik fibere zarar verebilir. Yüksek Güçlü Lazer Bilimi ve Mühendisliği 2021'in ikinci sayısında yer alan bir makalede, Profesör Marlene Turner ve diğerleri, süper güçlü lazerler için kullanılan plazma fiberini inceledi. Plazma, kırınım etkisini azaltabilir ve lazer ışınını yüksek yoğunluklu iletim mesafesini uzatması için yönlendirebilir. . Araştırma ekibi, bugüne kadarki en uzun 40 cm yüksek kaliteli deşarj kılcal damarını gösterdi.
Plazma dalga kılavuzu lazeri nasıl yönlendirir? Lens veya optik fiber, lazer ışığını merkezdeki en güçlü kırılma indisi dağılımı yoluyla saptırabilir. Plazma için, merkezdeki en düşük elektron yoğunluğu dağılımı ile elde edilir. Radyal yönde elektron yoğunluğunun dağılımının kademeli olarak arttırılması, yüksek güçlü lazerler için süper güçlü bir lens veya lazer tüpü gibi radyal yönde kırılma indeksinde kademeli bir artışa yol açar.
Böyle bir plazma nasıl üretilebilir? Şimdiye kadar bir dizi teknoloji uygulandı. Bu yazıda, araştırmacılar, her iki ucuna bağlı elektrotlara sahip, gazla doldurulmuş safir bir kılcal boru kullandılar. Plazma, yüksek voltajlı deşarj ile üretilir. Deşarj akımı plazmayı ısıtır ve boru duvarına yakın bir yerde soğutur, bu da sıcaklığı boru duvarına daha yakın hale getirir. Hava basıncı dengelendiğinden, merkezden uçlara doğru elektron yoğunluğu kademeli olarak artar, bu da lazer ışınını yönlendirmek için süper güçlü bir dalga kılavuzu ile sonuçlanır.
Statik bir cam mercek veya optik fiberden farklı olarak, plazmonik dalga kılavuzu her darbede yeniden kurulur. Bu nedenle, araştırmacılar her deşarjın parametre değişikliklerini ayrıntılı olarak incelediler ve mükemmel stabilite ve tekrarlanabilirlik gösterdiler. Bu, lazer izi alanının hızlanmasında çok parametreli değişikliklere sahip hızlanan ışın için çok önemlidir. Araştırmacılar, farklı deşarj süreçlerinde dalga kılavuzu parametrelerinin değişiminin %1'den az olduğunu ve her kanaldaki yoğunluk dağılımının çok yakın olduğunu bulmuşlardır. Bu, her lazer darbesinin dalga kılavuzunda aynı yol boyunca aynı şekilde hareket edeceği anlamına gelir.
& quot;Bu çalışma, kılcal borunun çok kararlı bir plazma üretebildiğini göstermektedir; bu, hızlandırıcı performansında gözlenen dalgalanmaların esas olarak lazer sürücüsünün dalgalanmalarından kaynaklandığını ve bunu sağlamak için çok anlık lazer geri besleme kontrolünün gerekli olduğunu gösterir. istikrar.&alıntı; California LBNL hızlandırıcı teknolojisi Uygulamalı Fizik Bölümü Direktörü Dr. Cameron Geddes, bu çalışma hakkında yukarıdaki yorumları yaptı.
Cam merceğin şeklinin hassas kontrolü optik performansı belirler, ancak plazmayı aynı seviyede kontrol etmek zordur. İdeal olarak, elektron yoğunluk dağılımı paraboliktir, ancak aslında artık kanalın ekseninden çok uzakta bir parabol değildir. Araştırmacılar, ışının odak noktasını artırmak için bir teleskop sistemi olarak plazmada bunun çok önemli olduğunu buldular. Bu makaledeki araştırmacılar, çok hassas kontrol yoluyla, lazeri yönlendirmek için lazerin odak noktası yakınında dağıtılan parabolik plazma kullanırlar, böylece ışının yayılması sırasında ışının kalitesi düşmez. Deşarj kılcal dalga kılavuzu, lazer uyandırma alanı hızlandırıcısında yüksek enerjili elektronlar elde etti. Araştırma ekibi tarafından geliştirilen 40 cm uzunluğundaki dalga kılavuzunun kesme enerjisini bir üst seviyeye taşıması bekleniyor.
