Les scientifiques de l'Université d'Oxford ont dévoilé une méthode pionnière pour capturer la structure complète des impulsions laser intenses ultra - en une seule mesure. La percée, publiée en étroite collaboration avec Ludwig - Maximilian University of Munich et le Max Planck Institute for Quantum Optics, pourraient révolutionner notre capacité à contrôler les interactions de matière légère -.
Cela aurait des applications transformatrices dans de nombreux domaines, notamment la recherche sur de nouvelles formes de physique et la réalisation des intensités extrêmes nécessaires à la recherche sur l'énergie de fusion. Les résultats ont été publiés dansPhotonique de la nature.
Les lasers intenses ultra - peuvent accélérer les électrons à proximité - les vitesses de lumière dans une seule oscillation (ou 'cycle d'ondes') du champ électrique, ce qui en fait un outil puissant pour étudier la physique extrême. Cependant, leurs fluctuations rapides et leur structure complexe rendent les mesures de temps réelles - de leurs propriétés difficiles.
Jusqu'à présent, les techniques existantes nécessitaient généralement des centaines de prises de vue laser pour assembler une image complète, limitant notre capacité à capturer la nature dynamique de ces impulsions légères extrêmes.
La nouvelle étude, conjointement dirigée par des chercheurs du Département de physique de l'Université d'Oxford et de l'Université de Munich, en Allemagne, décrit un nouveau célibataire - Technique de diagnostic, nommé - Cette méthode permet aux scientifiques de mesurer la forme complète, le timing et l'alignement des impulsions laser intenses ultra - avec une haute précision.
Avoir une image complète du comportement de la pouls laser pourrait révolutionner les gains de performance dans de nombreux domaines. Par exemple, il pourrait permettre aux scientifiques de s'adapter à des systèmes laser-- en temps réel - (même pour les lasers qui ne tirent que de temps en temps) et combler l'écart entre la réalité expérimentale et les modèles théoriques, fournissant de meilleures données pour les modèles informatiques et les simulations alimentées par Ai -.
La méthode fonctionne en divisant le faisceau laser en deux parties. L'un d'eux est utilisé pour mesurer la façon dont la couleur du laser (longueur d'onde) change avec le temps, tandis que l'autre partie passe par un matériau biréfringent (qui sépare la lumière avec différents états de polarisation). Un réseau de microlens (une grille de minuscules lentilles) enregistre ensuite comment le front d'onde du laser (forme et direction) est structuré.
Les informations sont enregistrées par un capteur optique spécialisé, qui les capture dans une seule image à partir de laquelle un programme informatique reconstruit la structure complète de l'impulsion laser.
Le chercheur principal Sunny Howard (chercheur de doctorat au département de physique, à l'Université d'Oxford et scientifique invité à Ludwig - Université Maximilian de Munich) a déclaré: "Notre approche permet, pour la première fois, la capture complète d'une ultra -} intense à une structure au laser dans une structure au laser réelle -}
"Cela fournit non seulement des informations sans précédent sur les interactions laser -, mais ouvre également la voie à l'optimisation des systèmes laser puissants élevés - d'une manière qui était auparavant impossible."
La technique a été testée avec succès sur l'atlas - 3000 Petawatt - Laser de classe en Allemagne, où il a révélé de petites distorsions et des changements d'onde dans le pouls laser qui était auparavant impossible à mesurer l'instrument.
Ces distorsions, connues sous le nom de couplages temporels spatio -, peuvent affecter de manière significative les performances des expériences laser d'intensité élevées -.
En fournissant un retour de temps réel -, Raven permet des ajustements immédiats, améliorant la précision et l'efficacité des expériences en physique du plasma, accélération des particules et science de la densité d'énergie - élevée. Il en résulte également des économies de temps significatives, car plusieurs prises de vue ne sont pas nécessaires pour caractériser pleinement les propriétés de l'impulsion laser.
La technique fournit également une nouvelle voie potentielle pour réaliser des dispositifs d'énergie de fusion inertielle en laboratoire - une étape de passerelle clé vers la génération d'énergie de fusion à une échelle suffisante pour alimenter les sociétés. Les dispositifs d'énergie de fusion inertielle utilisent des impulsions laser intenses ultra - pour générer des particules très énergiques dans un plasma, qui se propagent ensuite dans le carburant de fusion.
Ce concept de "chauffage auxiliaire" nécessite une connaissance précise de l'intensité d'impulsion laser focalisée pour cibler pour optimiser le rendement de fusion, maintenant fourni par Raven. Les lasers focalisés pourraient également fournir une sonde puissante pour la nouvelle physique -, par exemple, générant une diffusion photon - dans un vide en dirigeant deux impulsions les unes aux autres.
Co - Le professeur auteur Peter Norreys (Département de physique, Université d'Oxford), a déclaré: "Lorsque la plupart des méthodes existantes nécessiteraient des centaines de coups de feu, Raven réalise une spatio complète - La caractérisation temporelle d'une pouls laser en un seul. Ultra - Applications laser intenses, promettant de repousser les limites de la science et de la technologie laser.
Co - Auteur Dr Andreas Döpp (Faculté de physique, Ludwig - Maximilians - University Munich and Visiting Scientist to Atomic and Laser Physics, University of Oxford) Ajoute, "peu de temps après que nous avons joint le résultat de Munich pour une année, c'est enfin" Les impulsions intenses ultra - sont confinées à un si petit espace et à un tel temps lorsqu'ils sont focalisés, il existe des limites fondamentales sur la quantité de résolution nécessaire pour effectuer ce type de diagnostic.
"C'était un changement de jeu -, et nous avons signifié que nous pouvions utiliser des microlences, ce qui rend notre configuration beaucoup plus simple."
À l'avenir, les chercheurs espèrent étendre l'utilisation de Raven à une gamme plus large d'installations laser et explorer son potentiel dans l'optimisation de la recherche sur l'énergie de fusion inertielle, des accélérateurs de particules laser - et des expériences élevées d'électrodynamique quantum -.
