Sebagai sumber tenaga yang unik, laser super memainkan peranan penting dalam banyak aspek seperti penyelidikan saintifik, industri, dan perubatan. Untuk mendapatkan denyutan laser berintensiti tinggi, balok biasanya menyatu dengan ukuran ruang yang sangat kecil, dan setelah menyatu, mereka akan cepat menyimpang kerana kesan difraksi. Namun, di bidang seperti percepatan medan gelombang laser, laser diperlukan untuk mempertahankan intensitas cahaya tinggi pada jarak yang cukup jauh. Satu kajian yang diketuai oleh Marlene Turner, seorang saintis di Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley (LBNL), meluas ke bidang ini.
Dalam akselerasi medan gelombang laser, laser berkuasa super digunakan untuk membangkitkan gelombang elektrostatik dalam plasma, dan zarah-zarah yang dikenakan dapat dipercepat dalam gelombang elektrostatik, mirip dengan melayari di laut. Ciri yang paling istimewa dari jenis pemecut ini ialah jarak pecutan yang diperlukan untuk zarah-zarah bermuatan untuk mendapatkan sejumlah tenaga adalah ribuan kali lebih pendek daripada kaedah pecutan tradisional. Namun, jika pancaran laser tidak dipandu, ia akan tersebar segera setelah fokus, mengurangkan intensiti denyutan laser dan jarak pecutan yang dapat mendorong medan bangun intensiti tinggi. Oleh itu, pemendekan jarak pecutan akan menyebabkan zarah tidak memperoleh tenaga pecutan yang terbaik.
Untuk denyutan intensiti rendah, penyelesaian untuk difraksi adalah kaca gentian optik, yang dapat memandu sinar laser sejauh ribuan kilometer, tetapi laser intensiti tinggi dapat merosakkan serat optik. Dalam artikel dalam edisi kedua High Power Laser Science and Engineering 2021, Profesor Marlene Turner dan yang lain mengkaji serat plasma yang digunakan untuk laser berkuasa tinggi. Plasma dapat mengurangkan kesan difraksi dan memandu sinar laser untuk memperpanjang jarak transmisi intensiti tinggi. . Pasukan penyelidik menunjukkan kapilari pelepasan berkualiti tinggi 40 cm terpanjang setakat ini.
Bagaimanakah panduan gelombang plasma membimbing laser? Lensa atau gentian optik dapat memesongkan cahaya laser melalui taburan indeks biasan terkuat di bahagian tengah. Untuk plasma, ia dicapai dengan taburan ketumpatan elektron terendah di pusat. Meningkatkan pengedaran ketumpatan elektron secara beransur-ansur ke arah radial menyebabkan peningkatan secara beransur-ansur dalam indeks biasan dalam arah radial, seperti lensa berkuasa tinggi atau tiub laser untuk laser berkuasa tinggi.
Bagaimana plasma seperti itu dapat dihasilkan? Sejumlah teknologi telah dilaksanakan setakat ini. Dalam makalah ini, para penyelidik menggunakan tiub kapilari safir berisi gas dengan elektrod yang disambungkan ke kedua-dua hujungnya. Plasma dihasilkan oleh pelepasan voltan tinggi. Arus pelepasan memanaskan plasma dan menyejukkannya di dekat dinding tiub, menjadikan suhu lebih dekat ke dinding tiub lebih rendah. Kerana tekanan udara seimbang, ketumpatan elektron dari pusat ke hujung secara beransur-ansur meningkat, yang menghasilkan pandu gelombang yang sangat kuat untuk memandu sinar laser.
Tidak seperti lensa kaca statik atau gentian optik, pandu gelombang plasmonik dipasang semula setiap nadi. Oleh itu, para penyelidik mengkaji secara terperinci perubahan parameter setiap pelepasan dan menunjukkan kestabilan dan kebolehulangan yang sangat baik. Ini sangat penting untuk pancaran pecutan dengan perubahan multi-parameter dalam pecutan medan bangun laser. Para penyelidik mendapati bahawa perubahan parameter pandu gelombang dalam proses pelepasan yang berbeza adalah kurang dari 1%, dan taburan ketumpatan di setiap saluran sangat dekat. Ini bermaksud bahawa setiap denyut laser akan bergerak dengan cara yang sama di sepanjang jalan yang sama di pandu gelombang.
& quot; Karya ini menunjukkan bahawa tiub kapilari dapat menghasilkan plasma yang sangat stabil, yang menunjukkan bahawa turun naik yang diperhatikan dalam prestasi pemecut terutamanya disebabkan oleh turun naik pemacu laser, dan kawalan maklum balas laser sangat diperlukan untuk memastikan kestabilan." Teknologi pemecut LBNL California, Dr Cameron Geddes, Pengarah Jabatan Fizik Gunaan, memberikan komen di atas mengenai karya ini.
Pengawalan tepat bentuk lensa kaca menentukan prestasi optik, tetapi merupakan cabaran untuk mengendalikan plasma ke tahap yang sama. Sebaik-baiknya, pengedaran ketumpatan elektron adalah parabola, tetapi sebenarnya ia bukan lagi parabola yang jauh dari paksi saluran. Para penyelidik mendapati bahawa ini sangat penting dalam plasma sebagai sistem teleskop untuk meningkatkan titik fokus sinar. Melalui kawalan yang sangat tepat, para penyelidik dalam makalah ini menggunakan plasma parabola yang diedarkan di dekat titik fokus laser untuk memandu laser, supaya kualiti pancaran tidak akan menurun semasa penyebaran sinar. Pelindung gelombang kapilari pelepasan telah memperoleh elektron bertenaga tinggi dalam pemecut medan gelombang laser. Pandu gelombang sepanjang 40 cm yang dikembangkan oleh pasukan penyelidik diharapkan dapat mendorong tenaga pemotongan ke tahap yang lebih tinggi.
