Kiedy silny impuls laserowy jonizuje stałą powierzchnię, tworzy plazmę tak gęstą, że jest ona nieprzenikniona dla lasera, nawet jeśli cel był początkowo przezroczysty. W ten sposób powstaje tzw. lustro plazmowe, od którego odbija się wiązka lasera.
Czytaj też: Laserowy przełącznik na bazie wody? Dzięki niemu ciecz zachowuje się niczym metal
W reżimie relatywistycznym, powierzchnia lustra nie tylko jest nieruchoma, ale jest stymulowana do oscylacji tak szybko, że w procesie zwanym relatywistyczną powierzchniową generacją wysokich harmonicznych (SHHG), czasowo kompresuje cykle pola elektromagnetycznego lasera. To oznacza większą koncentrację energii lasera, a więc i większe jego finalne natężenie. Lustra plazmowe stanowią obiecującą drogę do wytwarzania coraz intensywniejszych i krótszych impulsów laserowych.
Przełomowe lustro plazmowe powstało we francuskim Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA). Szczegóły opublikowano w czasopiśmie Ultrafast Science.
Nowe lustro plazmowe
Ich zastosowanie i precyzyjne sterowanie stawia jednak przed napędzającym je laserem niezwykle wysokie wymagania, takie jak nieskazitelna jakość i kontrast czasowy impulsów oraz ogromna moc szczytowa rzędu terawatów, czyli tysięcy gigawatów. Do tej pory udawało się to osiągnąć jedynie w eksperymentach “pojedynczych strzałów” (tzw. single-shot) z dużo większymi laserami, które pracują z częstotliwością powtarzania ≤ 10 Hz.
Czytaj też: Widok rodem z Blade Runnera. Ten laserowy długopis pisze w powietrzu milionem megawatów
Zespół dr Stefana Haesslera i dr Rodrigo Lopeza-Martensa z LOA przedstawił dowody na relatywistyczny SHHG napędzany przy kilohercowej częstotliwości powtarzania. Wraz z emisją SHHG, obserwuje się związaną z nią wiązkę relatywistycznych elektronów.
Kluczowym elementem jest opracowany w LOA terawatowy laser o kilohercowej częstotliwości powtarzania, zapewniający czas trwania impulsu <4 femtosekundy i czasowy współczynnik kontrastu (pomiędzy intensywnością impulsu w jego szczycie i 10 pikosekund wcześniej) równy 1010.
Drugim elementem jest platforma interakcji laser-plazma, która jest dostosowana do wysokiej częstotliwości powtarzania i umożliwia precyzyjną kontrolę warunków interakcji. Osiąga się to zwłaszcza poprzez poprzedzający impuls laserowy, który inicjuje tworzenie i rozszerzanie plazmy. Regulacja opóźnienia czasowego, po którym odpalany jest kolejny główny impuls napędowy, pozwala nam kontrolować gradient gęstości w zakresie nanometrów na powierzchni lustra plazmy. Po raz pierwszy efekt tego gradientu został szczegółowo zbadany dla trzech coraz krótszych i intensywniejszych impulsów napędowych. Dr Stefan Haessler z LOA
W następnym etapie naukowcy planują pracować nad ponownym skupieniem promieniowania odbitego od lustra plazmowego i docelowo osiągnąć rekordowo wysokie natężenia światła dla impulsów świetlnych krótszych niż femtosekunda.
