Forskere bruger flyvende fokus til bedre at kontrollere lasere over lange afstande

Da du var barn, du har måske brugt et forstørrelsesglas til at fokusere solens lys på et sted på fortovet. Linsen i forstørrelsesglasset tillod dig at koncentrere solens energi ved at konvertere lysstrålerne til et punkt.

Sig i stedet for at fokusere solens lys på jorden, du ville fokusere lyset på et stykke papir. Forestil dig så, at det stykke papir bevægede sig. Hvis du ville beholde fokus på papiret, du kunne flytte linsen (forstørrelsesglasset) eller du kunne få fokus (lyskoncentrationen) til at bevæge sig. At lade fokus bevæge sig skaber et koncept kendt som det flyvende fokus.

For første gang, forskere ved University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics (LLE) har fundet en måde at bruge det flyvende fokus til bedre at kontrollere intensiteten af ​​lasere over længere afstande. Deres teknik omfatter at fange nogle af de hurtigste film, der nogensinde er optaget, og har potentiale til at hjælpe forskere med at designe den næste generation af lasere med høj effekt eller producere lyskilder med nye bølgelængder. Den næste generation af lasere med høj effekt kan være stærke nok til at generere partikler fra et vakuum, mens lyskilderne kunne producere nye terahertz -stråler til undersøgelse af komplekse materialer og molekyler.

Forskerne offentliggjorde deres resultater i et papir i Natur fotonik .

"Folk har måske utilsigtet produceret flyvende fokus tidligere, men det er første gang, at det flyvende fokus er blevet anerkendt som en nyttig måde at manipulere brændhastigheden på, "siger Dustin Froula, en seniorforsker ved LLE og en adjunkt i fysik i Rochester.

Den øverste ramme viser, hvad der sker, når du, for eksempel, brug et forstørrelsesglas til at rette alle farverne i solens lys - arrangeret fra blå (kortere bølgelængder) til rød (længere bølgelængde) - til et enkelt brændpunkt (den lodrette grønne linje). Alle farverne ville fokusere der og stoppe. Den nederste ramme viser, hvad der sker, når forskere bruger en flyvende fokuslinse til at styre alle farverne fra en laserstråle, fra blå til rød, så hver farve kan komme til et andet fokuspunkt. Blå ville fokusere først, og derefter ville dette fokus bevæge sig baglæns til det røde. Fokus stopper ikke, men i stedet bevæger sig.

"Dette viser sig at være super kraftfuldt, "Froula siger." Det flyvende fokus giver os mulighed for at have den høje intensitet over hundredvis af gange distancen, end vi kunne før. Lige nu forsøger vi at lave den næste generation af kraftfulde lasere og flyvende fokus kan være den aktiverende teknologi. "

Den teknik, LLE-forskere udviklede, giver dem mulighed for at foretage målinger ved at optage film af det bevægelige brændpunkt med en hastighed på en billioner af et billede i sekundet-en af ​​de hurtigste film, der nogensinde er optaget.

Froula og hans kolleger opnåede dette ved hjælp af en kortpulslaser og en diffraktiv linse, lavet af Terry Kessler, en gruppeleder for optisk og billeddannende videnskab ved LLE.

"Der er kun få af disse linser i verden, og tre af dem blev bygget på LLE af Terry og hans team for mere end 10 år siden som en del af OMEGA EP -projektet, "Froula siger." Vores plasmafysikgruppe satte sig for at designe et eksperiment, der ville måle udbredelsen af ​​et fokuspunkt ved enhver hastighed, inklusive 50 gange lysets hastighed. Dette krævede en diagnostik, der kunne lave en film med billeder på en billioner af et sekund. "

Froula siger, at samarbejdsstøtten fra LLE's Laser Science Team hjalp med at opnå denne bedrift:"De tværfaglige grupper på LLE gjorde det muligt for dette nye koncept at blive til virkelighed og er førende gennembrud i mange laser-plasmaprogrammer."