录制的激光脉冲允许在实验室中研究天体物理现象

电气闪光

艺术家的概念。

研究人员已经证明了历史新高的激光脉冲强度超过1023.w / cm.2在朝鲜共和国基础科学研究所使用PETAWATT激光器以获得相对论激光科学(CORELS)。达到了这一激光强度的几十年来,这是密歇根大学2004年的一支球队报告的十次。这些超高强度浅脉冲将能够在不可能的方式探索光和物之间的复杂相互作用。

强大的激光可用于检查被认为对高功率宇宙射线负责的现象,其具有多于千克(1015)电源(EV)的能量。虽然科学家知道这些光线来自我们太阳系之外的某个地方,但它们是如何制造的,并且形成它们的是一种长期神秘。

“这种高强度激光器将允许我们检查实验室中的电子 - 光子和光子光子散射等天体物理现象,”光州科技学会Carels教授主任Chang Hee Nam表示。“我们可以用它来实验测试和访问理论想法,其中一些是差不多提出的。”

光学,光学社会(OSA)为高影响研究,研究人员报告了多年的工作结果,以增加来自Corels激光的激光脉冲的强度。研究激光物质 - 相互作用需要紧密聚焦的激光束,并且研究人员能够将激光脉冲聚焦到刚刚超过一个微米的光斑尺寸,小于人头发的直径小于一个五十。新的录制断裂激光强度与将所有光从太阳到达10微米的点聚焦到达。

Corels激光

研究人员使用韩国共和国相对论激光科学(Corels)中心的Petawatt Laser(图)创造了高强度脉冲。这种高强度激光器将允许科学家们检查实验室中的电子 - 光子和光子光子散射等天体物理现象。信誉:昌熙南,科尔斯

“这种高强度激光器将让我们解决新的和挑战性的科学,特别是强大的现场电流,主要是由理论者处理的,”NAM说。“除了帮助我们更好地了解天体物理现象外,还可以提供开发新来源所需的信息,用于一种使用高能质子治疗癌症的类型的辐射处理。”

使脉冲更加激烈

新的成就扩展了先前的工作,其中研究人员展示了一种基于Ti:蓝宝石的飞秒激光系统,它产生4个PETAWATT(PW)脉冲,持续时间小于20飞秒,同时聚焦到1微米的斑点。该激光器于2017年报道,该激光器的功率大约为1000倍,其激光脉冲中的所有电力大小,只持续了二十四秒。

为了在目标上产生高强度激光脉冲,必须极其紧密地聚焦产生的光脉冲。在这项新工作中,研究人员应用自适应光学系统来精确补偿光学扭曲。该系统涉及可变形的镜子 - 具有可控的反射表面形状 - 以精确地校正激光器中的畸变并产生具有非常良好控制的波前的光束。然后,它们使用了一个大型轴外抛物面镜,实现极其紧密的焦点。该过程需要精细处理聚焦光学系统。

雷射—互动室

用于质子加速的激光物质相互作用室,其中焦点超过1023.w / cm.2通过用F / 1.1离轴抛物线镜子紧密地聚焦多PETAWATT激光束来证明。信用:常喜纳姆

“在开发超高动力激光器的同时获得了多年的经验,使我们能够实现将PW激光聚焦的强大任务,以28厘米的光束尺寸为微米点,以实现超过10的激光强度23.w / cm.2,“纳姆说。

研究高能过程

研究人员正在使用这些高强度脉冲,以产生具有超过1 GEV(109eV)的能量的电子,并在非线性状态下工作,其中一个电子一次与几百个激光光子碰撞。该过程是一种被称为非线性康普顿散射的强大场料电动力学的类型,这被认为有助于产生极其精力充沛的宇宙射线。

它们还将使用由超高强度激光器产生的辐射压力加速质子。了解如何发生此过程可以帮助开发一种用于癌症治疗的新的激光质子源。使用需要巨大的辐射屏蔽的加速器产生今天的辐射处理中使用的来源。预计激光驱动的质子源将降低系统成本,使得质子肿瘤机器更低,因此患者更广泛地易于易于易于易于途径。

研究人员继续开发新的想法,以提高激光强度,而不是显着增加激光系统的尺寸。实现这一目标的一种方法是弄清楚降低激光脉冲持续时间的新方法。由于具有1到10 PW的峰值功率的激光器现在正在运行和达到100 PW的几个设施,毫无疑问,高强度物理学将在不久的将来进展。

参考:“实现激光强度超过1023.w / cm.2由J. W. Yoon, Y. G. Kim, I. W. Choi, J. H. Sung, H. W. Lee, S. K. Lee, C. H. Nam, 2021年5月6日光学
DOI:10。1364 /Optica。420520

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