כמקור אנרגיה ייחודי, לייזרי העל ממלאים תפקיד מרכזי בהיבטים רבים כגון מחקר מדעי, תעשייה ורפואה. על מנת להשיג פולסי לייזר בעוצמה גבוהה, הקורות בדרך כלל מתכנסות לגודל קטן מאוד בחלל, ולאחר התכנסות הן יתפזרו במהירות עקב השפעות עקיפה. עם זאת, באזורים כגון האצת לייק -ווייק לייזר, לייזרים נדרשים לשמור על עוצמת אור גבוהה לאורך מרחק ניכר. מחקר שהובילה מרלן טרנר, מדענית במעבדה הלאומית לורנס ברקלי (LBNL), משתרע על תחום זה.
בהאצת לייזר שדה ווייק, הלייזר בעל הכוח העל משמש לרגש את הגלים האלקטרוסטטיים בפלזמה, וניתן להאיץ את החלקיקים הטעונים בגלים האלקטרוסטטיים, בדומה לגלישה בים. המאפיין המיוחד ביותר של מאיץ מסוג זה הוא שמרחק התאוצה הנדרש לחלקיקים טעונים להשגת כמות מסוימת של אנרגיה הוא פי אלפי פעמים מזה של שיטות האצה מסורתיות. עם זאת, אם קרן הלייזר לא תונחה, היא תתפזר זמן קצר לאחר המיקוד, ותפחית מאוד את עוצמת דופק הלייזר ומרחק התאוצה שיכול להניע את שדה ההתעוררות בעוצמה גבוהה. לכן, קיצור מרחק התאוצה יגרום לחלקיקים לא להשיג את אנרגיית ההאצה הטובה ביותר.
לפולסים בעוצמה נמוכה, הפתרון לעקיפה הוא זכוכית סיבים אופטיים, שיכולה להנחות את קרן הלייזר במשך אלפי קילומטרים, אך לייזרים בעצימות גבוהה עלולים לפגוע בסיב האופטי. במאמר בגיליון השני של מדעי ההנדסה וההנדסה בלייזר 2021, פרופסור מרלן טרנר ואחרים חקרו את סיבי הפלזמה המשמשים לייזרים המופעלים על-ידי על. פלזמה יכולה להפחית את אפקט העקיפה ולהדריך את קרן הלייזר להאריך את מרחק השידור שלה בעוצמה גבוהה. . צוות המחקר הראה את נימי הפריקה האיכותיים ביותר באורך 40 ס"מ עד כה.
כיצד מנחה גל הפלזמה את הלייזר? העדשה או הסיב האופטי יכולים להסיט את אור הלייזר באמצעות התפלגות אינדקס השבירה החזקה ביותר במרכז. עבור פלזמה, הוא מושג על ידי חלוקת צפיפות האלקטרונים הנמוכה ביותר במרכז. הגדלה הדרגתית של התפלגות צפיפות האלקטרונים בכיוון הרדיאלי מובילה לעלייה הדרגתית במדד השבירה בכיוון הרדיאלי, הדומה לעדשה או צינור לייזר המופעל על-גבי לייזרים בעלי הספק רב עוצמה.
כיצד ניתן לייצר פלזמה כזו? מספר טכנולוגיות יושמו עד כה. במאמר זה השתמשו החוקרים בצינור נימי ספיר מלא גז עם אלקטרודות המחוברות לשני הקצוות. הפלזמה נוצרת על ידי פריקה במתח גבוה. זרם הפריקה מחמם את הפלזמה ומקרר אותו ליד קיר הצינור, מה שהופך את הטמפרטורה הקרובה יותר לקיר הצינורית נמוכה יותר. מכיוון שלחץ האוויר מאוזן, צפיפות האלקטרונים מהמרכז אל הקצוות עולה בהדרגה, וכתוצאה מכך מוביל גל סופר חזק להנחיית קרן הלייזר.
שלא כמו עדשת זכוכית סטטית או סיב אופטי, מד הגל הפלסמוני מקימה מחדש כל דופק. לכן, החוקרים בחנו בפירוט את שינויי הפרמטרים של כל פריקה והפגינו יציבות וחוזרות מצוינות. זה חשוב מאוד לקרן המאיצה עם שינויים מרובי פרמטרים בתאוצה של שדה ההתעוררות בלייזר. החוקרים מצאו כי השינוי בפרמטרים של מוליכי גל בתהליכי פריקה שונים הוא פחות מ -1%, והתפלגות הצפיפות בכל ערוץ קרובה מאוד. המשמעות היא שכל דופק לייזר ינוע באותה הדרך באותו הנתיב במדריך הגל.
& quot; עבודה זו מראה כי הצינור הנימי יכול לייצר פלזמה יציבה מאוד, דבר המצביע על כך שהתנודות הנצפות בביצועי המאיץ נובעות בעיקר מהתנודות של כונן הלייזר, ונדרשת בקרת משוב לייזר מיידית מאוד על מנת להבטיח יַצִיבוּת.&ציטוט; טכנולוגיית מאיץ LBNL בקליפורניה ד"ר קמרון גדס, מנהל המחלקה לפיזיקה שימושית, נתן את ההערות לעיל על עבודה זו.
השליטה המדויקת בצורת עדשת הזכוכית קובעת את הביצועים האופטיים, אך זהו אתגר לשלוט בפלזמה לאותה רמה. באופן אידיאלי, התפלגות צפיפות האלקטרונים היא פרבולית, אך למעשה היא כבר לא פרבולה רחוקה מציר הערוץ. החוקרים גילו כי הדבר חשוב מאוד בפלזמה כמערכת טלסקופ להגדלת נקודת המוקד של הקורה. באמצעות שליטה מדויקת מאוד, החוקרים במאמר זה משתמשים בפלזמה פרבולית המופצת ליד מוקד הלייזר כדי להנחות את הלייזר, כך שאיכות הקרן לא תפחת במהלך התפשטות הקורה. מד הגלים הנימי של הפריקה השיג אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה במאיץ לייק-ווייק לייזר. מדריך הגל באורך 40 ס"מ שפותח על ידי צוות המחקר צפוי לדחוף את אנרגיית הניתוק לרמה גבוהה יותר.
