Впервые исследователи из Университета Умео продемонстрировали все возможности своего крупномасштабного лазерного комплекса. В статье, опубликованной в Nature Photonics, команда сообщает о создании комбинации сверхкоротких лазерных импульсов, экстремально высокой пиковой мощности и точно контролируемых форм сигналов, что позволяет изучать самые быстрые процессы в природе.
Лазерная система, созданная специально для этого
Лазерная система, получившая название Light Wave Synthesizer 100 (LWS100), имеет длину 11 метров и ширину 1,5 метра — она гораздо больше многих коммерческих лазеров, которые по размеру сравнимы с карандашом или книгой. Её размер необходим для генерации и усиления сверхкоротких лазерных импульсов до экстремально высокой пиковой мощности.
На пике мощности лазер 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 прорывных применений, таких как изучение сверхбыстрых процессов в биомолекулах, разработка электроники, управляемой светом, и повышение эффективности солнечных панелей.
Что отличает систему
Особенность системы заключается в том, что импульсы не только чрезвычайно короткие (4,3 фемтосекунды) и мощные — у них также 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 позволяет 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 Вейз, профессор Университета Умео.
Планы по использованию лазерной системы
Планируется провести широкий спектр экспериментов с использованием этой лазерной системы, воспользовавшись её экстремальной временной и пространственной концентрацией света. Формируя и фокусируя сверхкороткие импульсы, можно ускорить аттосекундные электронные сгустки до ультрарелятивистских энергий в компактных микроускорителях или создать источники рентгеновского излучения следующего поколения для развития аттосекундной науки.
Лазерная система была установлена и торжественно открыта на физическом факультете Университета Умео в 2022 году. Эта недавно опубликованная статья — первое научное исследование, демонстрирующее её полную производительность.
Предоставлено Университетом Умео