Výskumníci vytvorili najsilnejší laser na svete. K tomuto nám môže pomôcť
Výskumníci vytvorili laser, ktorý dokáže vytvoriť doteraz najsilnejšie pulzy, aké sa kedy zariadeniam podarilo vytvoriť.
Výskumníci z inštitútu ETH Zurich vyvinuli laser, ktorý dokáže produkovať momentálne najsilnejšie ultrakrátke pulzy na svete. Sila laseru by mohla vedcom pomôcť vykonávať mimoriadne presné merania alebo pomôcť pri spracovaní rôznych materiálov.
Mnohí si pod pojmom laser predstavia farebný nepretržitý lúč svetla. Takýchto laserov je veľa a používajú sa pri mnohých veciach, no vo vedeckej sfére sa rovnako často vyžaduje aj technológia, ktorá dokáže dodať mimoriadne krátke, no zato silné pulzy laserového svetla. Takéto pulzy môžu vedci využiť na vytvorenie harmonických frekvencií až do röntgenového spektra. Praktické využitie tejto technológie je, že dokáže zviditeľniť nesmierne rýchle procesy, ktoré prebiehajú na škále attosekúnd.
V rámci novej štúdie výskumníci zaznamenali rekord pre silu takýchto ultrarýchlych laserových pulzov. Ich technológia dokáže v priemere poskytnúť 550 wattov energie, čím prekonáva predchádzajúce maximum o viac ako 50%. To znamená, že ide o najsilnejšie laserové pulzy, aké kedy vyrobil laserový oscilátor.
Najsilnejšie laserové pulzy na svete
Tieto laserové pulzy trvajú extrémne krátko, menej ako pikosekundu, pričom zo zariadenia vychádzajú rýchlosťou 5-miliónov pulzov za sekundu. Krátke pulzy dosahujú najvyššiu energiu 100 megawattov. Pre lepšiu predstavu, to je dosť energie na to, aby sme mohli na krátky čas zapnúť 100-tisíc vysávačov.
Na tejto technológii pracujú výskumníci už posledných 25 rokov. Počas svojho výskumu sa zameriavali hlavne na takzvané krátko pulzujúce diskové lasery. Ide o laserový materiál, ktorý sa skladá z tenkého disku, s hrúbkou len 100 mikrometrov. Výskum čelil mnohým prekážkam a keď sa výskumníkom podarilo prekonať jeden komplikovaný problém, druhý už bol na obzore.
Neprehliadni
“Častokrát sa nám stávali naozaj výnimočné nehody, počas ktorých sa zničili odlišné časti vo vnútri lasera. Vyriešenie týchto problémov nás naviedlo k vývoju spoľahlivejších krátko pulzujúcich laserov,” vyjadrila sa Ursula Keller, vedúca novej štúdie.
Nová laserová technológia sa zakladá na dvoch hlavných inováciách. Prvou je vytvorenie špeciálneho usporiadania zrkadiel, ktoré odrážajú svetlo vo vnútri lasera tak, že prejde cez disk niekoľkokrát, než nakoniec opustí laser. Vďaka tomu mohli výskumníci výrazne posilniť výsledný lúč bez toho, aby sa laser stal nestabilným.
Druhá inovácia sa týka stredového komponentu pulzného laseru. Výskumníci vytvorili špeciálne zrkadlo, ktoré je vyrobené z polovodičového materiálu. Na rozdiel od obyčajného zrkadla, odrazivosť tohto zrkadla závisí od sily svetla, ktoré ho zasiahne.
Výskumníci vytvorili technológiu, ktorá namiesto jedného celistvého lúča vytvára krátke laserové pulzy. Tieto pulzy majú vysokú intenzitu, pretože svetelná energia sa koncentruje do kratšieho časového úseku.
“Laserové pulzy so silou porovnateľnou tej, ktorú sa nám podarilo dosiahnuť, mohli byť doteraz vytvorené len tak, že zariadenie vyslalo slabšie pulzy cez niekoľko separátnych zosilňovačov mimo lasera. Nevýhodou bolo, že takéto zosilnenie lasera vytváralo väčší šum a fluktuácie v energii. To spôsobovalo problémy hlavne pri presnom meraní,” vyjadril sa spoluautor štúdie, Moritz Seidel.
Silný laser pre presné merania
V rámci tejto štúdie sa vedcom podarilo vytvoriť silný laserový pulz priamo v zariadení s pomocou laserového oscilátora. Autori štúdie veria, že sa im v budúcnosti podarí ešte viac skrátiť tieto pulzy. Toto zariadenie by mohlo poslúžiť v budúcnosti k vytvoreniu ešte presnejších hodín, vďaka operovaniu v špecifických frekvenciách ultrafialového až röntgenového spektra.
“Našim snom je jedného dňa dokázať, že prírodné konštanty nie sú vôbec konštantami,” tvrdí Keller.
Zároveň autori výskumu dúfajú, že terahertzovú radiáciu dokážu vytvoriť s pomocou laseru a následne ju využiť na testovanie rozličných materiálov. Celkovo však vedci predstavili zariadenie, ktoré ukázalo, že laserové oscilátory sú dobrou náhradou laserových systémov založených na zosilňovačoch a v budúcnosti by nám mohli dovoliť vykonávať ešte presnejšie merania.
