Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF) i Wydziału Fizyki UW (FUW) rozpoczęli prace nad skonstruowaniem nowatorskiego lasera, w którym zostanie wykorzystana wyjątkowa metoda wzmacniania światła. Uczeni liczą, że zacznie on działać na początku 2012 r. W kompaktowym urządzeniu, dzięki wspomnianej metodzie, pojedyncze impulsy laserowe osiągną moc dziesiątków terawatów przy – rekordowych w skali świata – parametrach wzmocnienia – poinformował IChF w przekazanym PAP komunikacie.
W większości laserów generujących ultrakrótkie impulsy wzmocnienie światła następuje dzięki klasycznej technologii z użyciem kryształów szafiru – wyjaśniają przedstawiciele Instytutu. Za pomocą zewnętrznego lasera do kryształu pompuje się energię, z której część jest następnie odbierana przez właściwą, wzmacnianą wiązkę laserową.
Kryształy laserowe mają jednak wiele wad, na przykład silnie się nagrzewają i zniekształcają przekrój wiązki światła. Alternatywą są specjalne wzmacniacze parametryczne.
Laser ze wzmacniaczem tego typu powstanie w warszawskim Centrum Laserowym IChF i FUW. „Nasz cel jest prosty. Chcemy zbudować najbardziej efektywny i kompaktowy parametryczny wzmacniacz światła na świecie” – deklaruje dr Yuriy Stepanenko z IChF PAN.
Technologię optycznego wzmacniacza parametrycznego NOPCPA (Noncollinear Optical Parametric Chirped Pulse Amplifier) od kilku lat rozwija w Centrum zespół prof. Czesława Radzewicza. Polega ona na efektywnym przekazywaniu energii bezpośrednio z wiązki lasera pompującego do wiązki wzmacnianej.
„Ponieważ we wzmacniaczu parametrycznym energia nie jest nigdzie gromadzona, nie pojawiają się szkodliwe efekty termiczne, a wzmocnione impulsy mają doskonałe parametry. Wzmacniacz NOPCPA ma przy tym kompaktowe rozmiary: już na długości kilku centymetrów wzmocnienie może sięgnąć setek milionów razy” – napisano w komunikacie IChF PAN.
Teoretyczna sprawność wzmacniacza parametrycznego wynosi ok. 60 proc., jest jednak trudna do uzyskania i w dotychczas najlepszych urządzenia tego typu dochodzi do 30 proc. „Nasz plan minimum to 40 proc. efektywności, spróbujemy jednak pokonać barierę 50 proc.” – mówi dr Paweł Wnuk z IChF PAN.
Naukowcy spodziewają się, że pierwsze impulsy o czasie trwania kilkunastu femtosekund (femtosekunda to jedna biliardowa część sekundy – przyp. PAP) i mocy 10 terawatów będą emitowane przez laser już na początku przyszłego roku. To jednak tylko początek drogi. „Mamy nadzieję, że już obecna wersja wzmacniacza parametrycznego pozwoli nam wyprodukować impulsy przekraczające 100 TW” – podkreśla prof. Radzewicz.
Obliczenia wykazują, że impulsy laserowe o mocy 500 TW można byłoby wykorzystać do rozpędzania protonów do energii pozwalających na zastosowania w terapiach medycznych, na przykład antynowotworowych. Lasery o tak dużych mocach można dziś znaleźć tylko w kilku ośrodkach naukowo-badawczych na świecie.
„Mamy wszelkie podstawy przypuszczać, że nasza metoda wzmacniania światła może w przyszłości pomóc konstruować stosunkowo tanie lasery do akceleracji protonów, na dodatek na tyle zwarte, że byłyby w zasadzie urządzeniami przenośnymi” – mówi dr Stepanenko.
Nowy laser zostanie wykorzystany do budowy dwóch układów demonstracyjnych. Pierwszy z nich będzie służył do tworzenia źródeł promieniowania rentgenowskiego o rozmiarach mikrometrowych. Źródła tego typu znajdują zastosowanie m.in. w mikroskopii rentgenowskiej, zwłaszcza przy badaniu materiałów konstrukcyjnych. Drugi demonstrator będzie lidarem, czyli przyrządem służącym do pomiaru zanieczyszczeń w atmosferze. EKR
