Впервые исследователи из Университета Умео продемонстрировали полные возможности своего крупномасштабного лазерного комплекса. В статье, опубликованной в журнале Nature Photonics, команда сообщает о генерации комбинации сверхкоротких лазерных импульсов, экстремальной пиковой мощности и точно контролируемых форм сигналов, что позволяет изучать самые быстрые процессы в природе.
Лазерный комплекс Light Wave Synthesizer 100 (LWS100)
Специально разработанная лазерная система, известная как Light Wave Synthesizer 100 (LWS100), имеет длину 11 метров и ширину 1,5 метра — она значительно больше многих коммерческих лазеров, сравнимых по размеру с карандашом или книгой.
Её размер необходим для генерации и усиления сверхкоротких лазерных импульсов до экстремальной пиковой мощности.
На пике система генерирует 100 тераватт — это эквивалентно пятикратному среднему потреблению энергии в мире, хотя и длится это всего несколько миллионных долей миллиардной доли секунды. Это делает систему самым мощным лазером в Швеции и открывает двери для новаторских применений, таких как изучение сверхбыстрых процессов в биомолекулах, разработка электроники, управляемой светом, и повышение эффективности солнечных панелей.
Особенности системы
Что отличает систему, так это то, что импульсы не только чрезвычайно короткие (4,3 фемтосекунды) и мощные — у них также есть воспроизводимая и контролируемая форма электрического поля, идентичная от импульса к импульсу. Достижение такого уровня контроля особенно сложно в крупномасштабных лазерных системах, но критично для многих передовых приложений. Это может генерировать ещё более короткие аттосекундные рентгеновские импульсы, которые можно использовать для «съёмки» движения электронов в реальном времени.
«Мы можем показать, что система выдаёт именно то, что мы задумали при её создании. Это важная веха для наших исследований», — говорит Ласло Вейш, профессор Университета Умео.
Планы по экспериментам
Планируется провести широкий спектр экспериментов с использованием этой лазерной системы, используя её экстремальную временную и пространственную концентрацию света. Формируя и фокусируя сверхкороткие импульсы, можно ускорять аттосекундные электронные сгустки до ультрарелятивистских энергий в компактных микроускорителях или создавать источники рентгеновского излучения следующего поколения для развития аттосекундной науки.
Лазерный комплекс был установлен и торжественно открыт на факультете физики Университета Умео в 2022 году. Эта недавно опубликованная статья — первое научное исследование, демонстрирующее его полную производительность.
Предоставлено Университетом Умео