用等離子體可打造超強激光器

2022年08月25日19:47

參考消息網8月25日報導 據英國《新科學家》週刊網站8月22日報導,利用等離子體制造激光器,可以使它們變得更強大、更緊湊。

美國加州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的馬修·愛德華茲和皮埃爾·米歇爾提出一種激光器設計,其中包含由等離子體制成的組件。等離子體是一種物質狀態,類似於帶電粒子的熱“湯”。他們計算出,由於等離子體能夠反射並聚焦非常強烈的光而自身不會受損,使用它可以幫助打造出比現有最強大的激光器還要強大數千倍的激光器。

愛德華茲說:“我們想要能提供很大光強的激光器,使我們能夠進行很多新鮮、有趣的物理學研究。問題是,隨著激光器產生越來越多的能量,它們有自毀的傾向。但我們可以對等離子體施加更多的光,從100倍到100萬倍不等,而不讓它受損。”

研究人員建立了一個激光器的數學模型,其中一個組件——透射光柵——將通過向氣體中發射更小的激光從而打造出特殊圖案的等離子體來製成,而不是像通常那樣,由鍍金的玻璃材料、比如二氧化矽製成。與傳統激光器一樣,透鏡和鏡子將幫助產生一束光,但通過等離子體光柵將把光束變成一個非常快速和強烈的光脈衝。

愛德華茲說,激光器的功率和大小取決於,設備內組件在不發生崩潰的情況下承受光束強度的能力。

現有最強大的激光器需要米級的透射光柵,而且會在千萬億分之一秒內輸出數十拍瓦的功率。如果持續一個小時,其消耗的能量將是美國電網每小時用電量的兩倍多。愛德華茲說,等離子體激光器的等離子體光柵直徑只有1.5毫米,但可以產生同樣強大的光束。使用更大的光柵,則能夠創造空前強大的激光器。

紐約羅切斯特大學的戴維·特恩布爾說,這種新設計引人注目,但控制和限制設備內的等離子體是一項工程上的挑戰。不過,他說,這一設計提供了一個把激光器功率和強度的前沿向前推進的機會,甚至推進到有可能用非常強大的激光脈衝把真空“撕裂”成粒子和反粒子對的程度。

愛德華茲說,儘管在實驗中已經製造出一些等離子體光柵,但使用一個等離子體光柵製造出一台完整的激光器,可能需要幾年以上的時間。在短期內,研究人員的目標是,製造一個比現有高強度激光器更小但功率一樣大的激光器來測試他們的設計。

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