RIKEN'deki iki fizikçi, 6 terawatt (6 trilyon watt) tepe gücüne sahip son derece kısa lazer darbelerini fark etti; bu, kabaca 6000 nükleer enerji santralinin ürettiği güce eşdeğerdir. Attosaniye lazerlerin daha da geliştirilmesine katkıda bulunacak başarı, üç araştırmacıya 2023 Nobel Fizik Ödülü'nü kazandırdı. Çalışma Nature Photonics dergisinde yayınlandı.
Tıpkı bir kamera flaşının hızlı hareket eden nesneleri "dondurarak" fotoğrafta duruyormuş gibi görünmelerini sağlaması gibi, çok kısa lazer darbeleri de ultra hızlı süreçlerin aydınlatılmasına yardımcı olarak bilim adamlarına bunları görüntüleme ve tespit etme konusunda güçlü bir yol sağlayabilir.
Örneğin, attosaniye mertebesindeki (1 attosaniye=10-18 saniye) lazer darbeleri o kadar kısadır ki, atom ve moleküllerdeki elektronların hareketini açığa çıkararak kimyasal ve biyokimyasal reaksiyonların evrimini keşfetmenin yeni bir yolunu sağlayabilirler. Işık bile bu kadar kısa zaman ölçeklerinde ilerleyebiliyor gibi görünüyor; bir nanometreden geçmesi yaklaşık 3 arsek sürüyor.
RIKEN İleri Fotonik Merkezi'nden (RAP) Eiji Takahashi, "Elektronların hareketini yakalayan attosaniye lazerler temel bilime önemli bir katkı sağlıyor" dedi ve "gözlem de dahil olmak üzere çok çeşitli alanlarda uygulamaları olması bekleniyor" dedi. biyolojik hücrelerin geliştirilmesi, yeni materyallerin geliştirilmesi ve tıbbi durumların teşhisi."
Daha etkili
Ancak ultra kısa lazer darbeleri oluşturmak mümkün olsa da bunların etkisi yoktur ve enerjileri düşüktür. Eiji Takahashi, ultra kısa, yüksek enerjili lazer darbeleri oluşturmanın olası kullanımlarını büyük ölçüde genişleteceğini söylüyor: "Atosaniye lazerlerin mevcut çıkış enerjisi son derece düşüktür. Bu nedenle, eğer lazerler bir ortamda ışık kaynağı olarak kullanılacaksa, çıkış enerjisini artırmak çok önemlidir. geniş bir alan yelpazesine sahip."
Ses amplifikatörlerinin ses sinyallerini geliştirmek için kullanılması gibi, lazer fizikçileri de lazer darbelerinin enerjisini artırmak için optik amplifikatörleri kullanır. Bu amplifikatörler tipik olarak ışığa özel olarak tepki veren doğrusal olmayan kristaller kullanır. Ancak bu kristaller tek döngülü lazer darbelerini yükseltmek için kullanılırsa onarılamaz şekilde hasar görebilirler. Tek döngülü lazer darbeleri o kadar kısadır ki, ışık tam bir dalga boyu döngüsü boyunca salınmadan önce darbe sona erer.
Yüksek enerjili, ultra hızlı kızılötesi lazer kaynaklarının geliştirilmesindeki en büyük darboğaz, tek döngülü lazer darbelerini doğrudan yükseltmek için etkili bir yöntemin bulunmamasıdır" dedi Eiji Takahashi. Bu darboğaz, tek döngülü lazer darbelerini 1-milijoule'lük bir bariyerle sonuçlamaktadır. -döngülü lazer darbe enerjisi."
Yeni bir rekor kırılıyor
Ancak artık bu darboğaz kırıldı. Tek döngülü darbeleri 50 milijoule'den fazlaya yükselttiler; bu da önceki en iyi sonucun 50 katından fazla. Ortaya çıkan lazer darbeleri çok kısa olduğundan, bu enerji birkaç terawattlık inanılmaz derecede yüksek bir güce dönüşür.
Takahashi, "Tek döngülü lazer darbelerini yükseltmek için etkili bir yöntem oluşturarak darboğazın nasıl aşılacağını gösterdik" dedi.
Gelişmiş çift cıvıl optik parametrik amplifikasyon (DC-OPA) olarak adlandırılan yöntemleri çok basit ve spektrumun tamamlayıcı bölgelerini güçlendiren yalnızca iki kristali içeriyor.
Takahashi şunları söyledi: "Tek döngülü lazer darbelerini güçlendirmek için kullanılan gelişmiş DC-OPA o kadar basittir ki, sadece iki doğrusal olmayan kristalin birleşimine dayanır; herkesin aklına gelebilecek bir fikir gibi geliyor. Bu kadar basit bir konseptin sağladığı olanaklar beni şaşırtıyor. yeni bir amplifikasyon tekniği ve yüksek enerjili ultra hızlı lazerlerin geliştirilmesinde bir atılım."
Daha da önemlisi, gelişmiş DC-OPA çok geniş bir dalga boyu aralığında çalışır. Ekip, dalga boyunun iki katından daha fazla dalga boyu farkı olan darbeleri yükseltmeyi başardı. Takahashi şunları söyledi: "Bu yeni yöntem, amplifikasyon bant genişliğinin, çıkış enerjisi ölçeklendirme özelliklerini etkilemeden ultra geniş frekans çıkışına izin vermesi gibi devrim niteliğinde bir özelliğe sahiptir."
Yeni amplifikasyon tekniği
Teknikleri, ABD, Fransa ve Kanada'dan üç araştırmacıya 2018'de Nobel Fizik Ödülü'nü kazandıran "cıvıltılı darbe amplifikasyonu" adı verilen başka bir optik darbe amplifikasyon tekniğinin bir çeşididir. Lazerler, gelişmeyi yönlendiren teknolojilerden biridir. lazerlerden.
Takahashi, teknolojilerinin attosaniye lazerlerin gelişimini daha da ilerletmesini bekliyor: 'Tek döngülü lazer darbelerinin yoğunluğunu terawatt tepe gücüne artırabilen yeni bir lazer amplifikasyon yöntemini başarıyla geliştirdik' dedi ve 've buna şüphe yok' dedi. Bunun yüksek güçlü attosaniye lazerlerin geliştirilmesinde ileriye doğru atılmış büyük bir adım olduğunu düşünüyoruz."
Uzun vadede hedefi attosaniye lazerin ötesine geçerek daha da kısa darbeler yaratmak.
