Сотрудники Российского квантового центра и Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова исследовали процесс релятивистской генерации оптических гармоник высокого порядка в плазме, созданной ультракороткими лазерными импульсами с длиной волны около 3,9 микрометров на поверхности твердых мишеней. Эта работа может привести к созданию эффективного источника аттосекундных (10-18 секунды) импульсов, открыть новые режимы взаимодействия лазерного излучения с веществом, исследовать процессы генерации когерентного рентгеновского излучения и лазерного ускорения частиц. Работа проходила в рамках проектов, поддержанных Российским научным фондом, а ее результаты опубликованы в журнале Optics Letters.

Оптическая физика сверхкоротких (длительностью от единиц до десятков периодов колебаний электромагнитного поля) импульсов и лазерные технологии стремительно развиваются в направлении освоения среднего инфракрасного (ИК) диапазона (2–10 микрометров). Новые методы генерации сверхкоротких импульсов позволяют сформировать предельно короткие импульсы электромагнитного излучения с рекордной для этого диапазона пиковой мощностью поля.

Сотрудники Российского квантового центра совместно с коллегами из Технического университета Вены (Австрия) создали уникальную лазерную систему, позволяющую получать импульсы длительности около 80 фемтосекунд (фс, 1 фс = 10-15 с) на длине волны около 3,9 мкм с энергией до 35 миллиджоулей (мДж). Такие интенсивные всплески электромагнитного поля в данном частотном диапазоне позволяют ученым воспроизвести новые режимы взаимодействия излучения с веществом и открывают необычные свойства нелинейно-оптического отклика материалов в среднем ИК-диапазоне.

«Эксперименты, поддержанные грантами РНФ, показали, что можно использовать оптические источники мощных сверхкоротких импульсов среднего ИК-диапазона последнего поколения для достижения релятивистских уровней интенсивности поля. Лазерное излучение такой пиковой мощности способно ускорять электроны до скоростей, сравнимых со скоростью света», – рассказал один из авторов статьи, научный сотрудник ФНИЦ «Кристаллография и фотоника», кандидат физико-математических наук Александр Митрофанов.

Результаты экспериментов показали, что в среднем ИК-диапазоне релятивистский режим может наблюдаться при гораздо более низких уровнях интенсивности лазерного поля. Это происходит из-за того, что длина волны излучения в несколько раз больше, чем у широко распространенных лазерных систем видимого и ближнего ИК диапазона (0,4–2 мкм).

В ходе работы ученые сфокусировали лазерные импульсы на поверхности твердотельной мишени, обеспечивая интенсивность поля в диапазоне 1017 Вт/см2. Это значение считается низким по стандартам релятивистской оптики в ближней ИК-области, однако его хватает для генерации гармоник высокого порядка с характерными релятивистскими свойствами от источников в более длинноволновом диапазоне.

На основе данных исследований авторы смогут проводить экспериментальные исследования в области релятивистской оптической физики, в том числе лазерного ускорения частиц, генерации когерентного рентгеновского излучения, исследования свойств материи в экстремальных условиях на лабораторном столе.

«Выполненные исследования показали, что, совместное использование современных мощных короткоимпульсных источников ближнего ИК-диапазона позволило радикально повысить эффективность генерации аттосекундных импульсов, что позволит исследовать физические процессы на атомном и ядерном уровне», – заключил руководитель научной группы, профессор физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, доктор физико-математических наук Алексей Желтиков.

Похожие новости

  • 14/10/2017

    Российские ученые разработали компактный детектор фотонов

    ​Сотрудники Московского педагогического государственного университета создали компактную микросхему, которая детектирует одиночные фотоны - кванты света - и определяет состав света. Такие детекторы могут применяться в медицине и в системах безопасности.
    642
  • 14/12/2018

    Российские физики раскрыли новый механизм образования железо-углеродных наночастиц

    ​Российские физики установили, как под действием высокой температуры и большого давления формируются покрытые углеродной оболочкой наночастицы из соединений железа с углеродом — карбидов. Эти данные помогут разработать методы синтеза нанокомпозитов с заданными свойствами для медицины, электроники и других областей.
    650
  • 28/09/2018

    Физики обнаружили новый механизм генерации звука в жидкой комплексной плазме

    ​Физики из МГТУ имени Н.Э. Баумана совместно с российскими и зарубежными коллегами впервые исследовали термоакустическую неустойчивость, приводящую к генерации звука в жидкой комплексной плазме. Результаты показывают, что это новая неустойчивость в комплексной плазме, и аналогичные неустойчивости могут существовать во многих открытых и химически реактивных системах.
    320
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    177
  • 22/07/2017

    Российские ученые установили, что тип галактики зависит от массы черной дыры

    Созданная астрономами модель объяснила, как черные дыры массой в несколько тысяч раз больше массы Солнца могут существовать в центрах шаровых звездных скоплений. Исследование научной группы из Новосибирского государственного университета и Государственного астрономического института имени Штернберга МГУ, поддержанное грантом Российского научного фонда, опубликовано в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
    1063
  • 05/12/2017

    Ученые ТГУ приняли участие в международной конференции, посвященной высокоэнергетическим материам

    ​В Японии на базе Университета Тохоку (г. Сендай) прошла ХIII международная конференция HEMs-2017 "Высокоэнергетические материалы: демилитаризация, антитерроризм и гражданское применение".
    857
  • 15/12/2017

    Российские ученые исследовали взаимодействия одиночных импульсов

    ​Российские ученые изучили поведение одиночных импульсов волн - однократных возмущений, распространяющихся в пространстве или в среде, - при их столкновении в нелинейных средах. Результаты работы ученых из России и Швеции опубликованы в журнале Nonlinear Dynamics.
    981
  • 29/12/2018

    Российские ученые рассмотрели новый сценарий эволюции барионной асимметрии Вселенной

    ​Ученые из Новосибирского государственного университета и Института теоретической и экспериментальной физики Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» рассмотрели новый сценарий эволюции барионной асимметрии Вселенной — ситуации, при которой в ней много больше вещества, чем антивещества.
    678
  • 29/12/2017

    Ученые разработали алгоритм для ДНК-оригами

    Международный коллектив российских и американских ученых предложил алгоритм компьютерного моделирования сложенных из ДНК трехмерных конструкций. Такие нанороботы могут использоваться в электронике и медицине, например, для доставки лекарств.
    738
  • 07/11/2017

    Химики объединились, чтобы ускорить создание новых материалов

    ​Томский государственный университет и Российский химико-технологический университет им. Д.В. Менделеева подписали соглашение о сотрудничестве. Взаимодействие двух ведущих научных центров будет направлено на разработку совместных образовательных программ и исследовательских проектов, создание уникальных химических технологий и материалов.
    621