В Институте сильноточной электроники СО РАН (Томск) на гибридной лазерной системе THL-100, не имеющей мировых аналогов, достигнута рекордная для видимой области спектра пиковая мощность 40 триллионов ватт. 
 
Обычно сверхмощные лазерные системы создают на основе твердотельных кристаллов, и они работают в инфракрасной области спектра. Новизна идеи ученых Физического института им. П. Н. Лебедева РАН и ИСЭ СО РАН состояла в том, чтобы построить лазерный комплекс по гибридной схеме: с твердотельным задающим генератором на кристаллах титан-сапфира и выходным лазером-усилителем с газовой активной средой. По оценкам исследователей такое устройство должно было получиться более простым и существенно менее дорогим в изготовлении. Кроме того, открывалась возможность получать рекордные мощности излучения уже в видимом, а не в инфракрасном диапазоне.
 
«Уникальным в такой системе является именно выходной лазерный усилитель, — рассказывает заведующий лабораторией газовых лазеров ИСЭ СО РАН доктор физико-математических наук, профессор Валерий Федорович Лосев. — Для усиления сверхкоротких импульсов излучения используется особый широкополосный лазерный переход C-A эксимерных молекул ксенон-фтор. Накачка активной среды двухступенчатая: сначала сильноточным электронным пучком возбуждается чистый ксенон, а затем получающимся жестким ультрафиолетовым излучением осуществляется фотонакачка рабочей смеси. На выходе системы — голубой свет».
 
Первый гибридный лазер, на котором были получены мощности излучения в единицы тераватт, был построен и передан в ФИАН в 2008 году. Вскоре была запущена и вторая система — THL-100 (от англ. Terawatt Hybrid Laser). Цифра 100 в названии означала мощность импульсов излучения в тераваттах, которую планировалось получить. Создание обеих систем стало возможным благодаря использованию в качестве источников энергии уникальных наносекундных сильноточных генераторов, разработанных в ИСЭ СО РАН под руководством академика Бориса Михайловича Ковальчука. В первом случае это вакуумный генератор импульсных напряжений, во втором — линейный импульсный трансформатор.
 
триллионов_ватт.jpg 
В лаборатории газовых лазеров ИСЭ СО РАН на установке THL-100 
 
Система THL-100 осталась в ИСЭ СО РАН, и начались исследования. Путь к мощностям излучения в десятки тераватт мощностей оказался далеко не быстрым. Чрезвычайно сложным оказалось прямое усиление фемтосекундных импульсов. Огромные пиковые мощности излучения вызывали распад структуры лазерного пучка, приводили в негодность зеркала и другие оптические элементы. Пришлось при усилении лазерного импульса задействовать цепочку «растяжение—усиление—сжатие». Система оказалась высоко требовательной к качеству излучения задающего генератора. Тем не менее, в 2012 году удалось получить мощность в 14 тераватт — тогда это стало в видимой части спектра мировым рекордом.
 
Достигнутая в 2019 году мощность 40 тераватт — результат целого ряда усовершенствований. Повышение мощности реализовано за счет увеличения энергии на выходе системы (с 0,7 до 1,2 джоулей) и сокращения длительности импульса излучения с 50 до 30 фемтосекунд. Увеличена однородность пучка, увеличена ширина спектрального контура.
 
«По-видимому, в пределах нашей исходной концепции мы подошли к пределу возможностей, — отмечает Валерий Лосев. — Дальнейшее повышение мощности излучения может быть связано с использованием более сложных систем компрессии лазерных импульсов на основе больших дифракционных решеток. Мы начали двигаться в этом направлении. Остановиться невозможно: коллеги из США недавно получили более ста тераватт в твердотельной системе — правда, ценой больших энергозатрат. Теперь ответ за нами».
 
Кроме чисто фундаментальных исследований (например, получение релятивистской плазмы в экстремально интенсивных оптических полях), сверхмощные фемтосекундные лазерные импульсы можно использовать для создания лазерного источника в мягком рентгеновском диапазоне. Такой лазер является нужным инструментом в биологии — для визуализации процессов в живой клетке.
 
Пресс-служба ТНЦ СО РАН
 
Фото предоставлено ИСЭ СО РАН
 

Источники

Томские ученые получили рекордную мощность на гибридной лазерной системе
Наука в Сибири (sbras.info), 04/02/2020
В Томске создали рекордно яркий лазер видимого диапазона
N+1 (nplus1.ru), 05/02/2020
В Томске создан рекордно яркий лазер видимого диапазона: Яндекс.Новости
Яндекс.Новости (yandex.ru/news), 05/02/2020
Рекордно яркий лазер создали ученые из Томска
Infosmi (infosmi.net), 05/02/2020
Ученые из Томска создали рекордно яркий лазер
News-ria.com, 05/02/2020
Российские ученые создали рекордно яркий лазер видимого диапазона
Монависта (monavista.ru), 05/02/2020
Российские ученые создали рекордно яркий лазер видимого диапазона
Seldon.News (news.myseldon.com), 05/02/2020
В Томске представили рекордно яркий лазер видимого диапазона
Hightech.fm, 05/02/2020
В Томске создали рекордно яркий лазер видимого диапазона: Яндекс.Новости
Яндекс.Новости (yandex.ru/news), 05/02/2020
Рекордно яркий лазер видимого диапазона был создан учеными
Anonsens.ru, 05/02/2020
В Томске создан рекордно яркий лазер видимого диапазона
Vevby.ru, 05/02/2020
В Томске создали самый яркий в мире лазер видимого диапазона
News-ria.com, 05/02/2020
Ученые из Томска создали рекордно яркий лазер
Московский Комсомолец # Йошкар-Ола (mk-mari.ru), 05/02/2020
В Томске создали самый яркий в мире лазер видимого диапазона
HOLME SPACE (holme.ru), 05/02/2020
В Томске разработали рекордно яркий лазер видимого диапазона
MediaPotok (potokmedia.ru), 05/02/2020
В Томске создали самый яркий в мире лазер видимого диапазона
Московский Комсомолец (mk.ru), 05/02/2020
В Томске создали самый яркий в мире лазер видимого диапазона
Startgames.org, 06/02/2020
В Томске "засветил" рекордно яркий лазер
TV BRICS (tvbrics.com), 06/02/2020
В Томске представлен рекордно яркий лазер видимого диапазона: Яндекс.Новости
Яндекс.Новости (yandex.ru/news), 06/02/2020
В Томске создали рекордно яркий лазер видимого диапазона
RussiaGoodNews.ru, 06/02/2020
На острие света
Томские новости (tomsk-novosti.ru), 07/02/2020
В Томске создали рекордно яркий лазер видимого диапазона
Nanonewsnet.ru, 09/02/2020
Физики освоили метод рапидной съемки в терагерцовом диапазоне
MediaPotok (potokmedia.ru), 11/02/2020
В Томске создали рекордно яркий лазер видимого диапазона
ВПК новости (vpk.name), 12/02/2020
В Томске создали рекордно яркий лазер видимого диапазона
Newsland (newsland.com), 12/02/2020
Сибирские ученые просветили металлы рентгеном во время лазерной сварки
Новосибирские новости (nscn.ru), 12/02/2020
Физики реанимировали концепцию классических временных кристаллов
MediaPotok (potokmedia.ru), 13/02/2020
В ИСЭ СО РАН получили рекордную мощность на гибридной лазерной системе
Научная Россия (scientificrussia.ru), 17/02/2020
Томские ученые получили рекордную мощность на гибридной лазерной системе
Nanonewsnet.ru, 18/02/2020
В Институте сильноточной электроники СО РАН (Томск) на гибридной лазерной системе THL-100, не имеющей мировых аналогов, достигнута рекордная для видимой области спектра пиковая мощность 40 трлн ватт
RepeatMe.ru, 20/02/2020
В Институте сильноточной электроники СО РАН (Томск) на гибридной лазерной системе THL-100, не имеющей мировых аналогов, достигнута рекордная для видимой области спектра пиковая мощность 40 трлн ватт
123ru.net, 20/02/2020
В Институте сильноточной электроники СО РАН (Томск) на гибридной лазерной системе THL-100, не имеющей мировых аналогов, достигнута рекордная для видимой области спектра пиковая мощность 40 трлн ватт
News2 (news2.ru), 20/02/2020
В Институте сильноточной электроники СО РАН (Томск) на гибридной лазерной системе THL-100, не имеющей мировых аналогов, достигнута рекордная для видимой области спектра пиковая мощность 40 трлн ватт
Russia24.pro, 20/02/2020

Похожие новости

  • 16/10/2019

    Томские ученые создали оборудование для поиска дефектов в аппаратуре спутников

    Исследователи из Института сильноточной электроники СО РАН (Томск) завершили масштабный семилетний проект, итогом которого стали разработка и внедрение на АО «НПЦ “Полюс”» комплекса методов и аппаратных средств для диагностики бортовой радиоэлектронной аппаратуры космических аппаратов на устойчивость к дугообразованию.
    248
  • 20/09/2018

    Сибирская электронно-пучковая машина отправится в Италию

    ​Установку сделали в Томске по заказу Миланского политехнического университета. Ее презентация прошла на VI международном конгрессе «Потоки энергии и радиационные эффекты» — EFRE-2018. Оборудование, созданное Институтом сильноточной электроники СО РАН (Томский научный центр СО РАН), предназначено для манипулирования поверхностями, состояние которых важно для многих изделий.
    743
  • 30/11/2016

    Ученые ТПУ и СО РАН создают модифицированные металлы для строительства космических аппаратов

    ​Ученые Томского политехнического университета и Института сильноточной электроники СО РАН разработали метод нанесения на металлы износостойких покрытий с их последующим вплавлением в подложку. Такие модифицированные материалы, благодаря сочетанию легкости, коррозийной стойкости и прочности, могут использоваться в машиностроении, авиа- и космостроении.
    2199
  • 04/10/2018

    Адронный коллайдер

    10 лет назад был введён в действие Большой адронный коллайдер - крупнейший в мире ускоритель микрочастиц. Над проектом работали и работают тысячи специалистов, и среди них есть наши соотечественники.
    1251
  • 20/09/2018

    Элегаз и гелий подняли эффективность лазера на азоте

    ​Исследователи из Института сильноточной электроники Сибирского отделения РАН, Томского государственного университета, Томского политехнического университета и Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники разработали новую модель для изучения накачки азотной рабочей среды для лазеров с наносекундными импульсами.
    609
  • 14/01/2016

    Наноструктурные агенты - для новой противораковой терапии

    ​Международная группа исследователей из России, Словении, Германии, США и Израиля во главе с учеными из Института физики прочности и материаловедения (ИФМП) СО РАН и Томского политехнического университета (ТПУ) уже несколько лет успешно работает в области применения нанотехнологий для подавления роста раковых клеток.
    2634
  • 01/11/2017

    Сибирские ученые в составе международной группы по-новому объяснили левитацию капель над горячими поверхностями

    ​Ученые из Новосибирского госуниверситета, Томского политехнического университета и Южного методистского университета США разработали новую модель для объяснения поведения капель над горячими жидкостями.
    1523
  • 09/01/2020

    Ученые удвоят ресурс моторов из алюминия

    ​За счет новой технологии обработки сплавов срок эксплуатации легких алюминиевых двигателей увеличится и станет таким же, как у наиболее распространенных чугунных. Это приведет к улучшению динамики и экономичности массовых моделей автомобилей.
    280
  • 22/01/2018

    Бразильские ученые исследуют свойства материалов, созданных в ТГУ

    ​Томский государственный университет и Университет Сан-Паулу (Бразилия) подписали соглашение о сотрудничестве в научном исследовании по получению и изучению новых полимерных материалов. Одним из главных направлений взаимодействия ученых станет работа по созданию модифицированных материалов и покрытий для биомедицины и промышленности.
    1215
  • 20/11/2017

    Лазеры объединяют Томск и Беларусь

    ​Институт физики им. Б.И. Степанова НАН Беларуси давно и успешно сотрудничает с российскими научными институтами в области фундаментальной науки и прикладных исследований. В рамках программы Союзного государства сегодня выполняются научные проекты по самым разным направлениям: нанофотонике, физике наногетероструктур, методам оптического зондирования атмосферы, физике плазмы и т.
    977