Dość powiedzieć, że jeszcze w 1996 roku szczytem możliwości naszej cywilizacji był laser Nova o mocy 1 petawata. W 2017 i 2019 pojawiły się natomiast wersje 10-petawatowe, znane kolejno jako SULF (Shanghai Super-intense Ultrafast Laser Facility) i ELI-NP (Extreme Light Infrastructure-Nuclear Physics). Postęp ten nastąpił dzięki przejściu ze szkła domieszkowanego neodymem na kryształ tytanowo-szafirowy.
Czytaj też: Tego zabezpieczenia nie da się złamać. Chiny i Rosja testują komunikację kwantową
W takich okolicznościach doszło też do skrócenia czasu trwania impulsów laserowych, które w tych wysokoenergetycznych urządzeniach skróciły się z około 500 femtosekund do około 25 femtosekund. Warto w tym miejscu dodać, iż jedna femtosekunda jest równa jednej biliardowej części sekundy. Mgnienie oka to przy tym wieczność!
Wbrew pozorom wcale nie chodzi o międzynarodowy wyścig, którego uczestnicy – będący wybitnymi specjalistami w swoim fachu – dążą do przebicia konkurencji “dla zasady”. Wysokoenergetyczne lasery działające w skalach femtosekundowych mają ogrom zastosowań, które mogą obejmować naprawdę zróżnicowane dziedziny. W grę wchodzi między innymi prowadzenie badań z zakresu fizyki, postęp w dziedzinie medycyny czy też bezpieczeństwa narodowego.
Dotychczasowe lasery projektowane w tej technologii miały limit wynoszący 10 petawatów. Chińscy naukowcy przekonują, że można go kilkukrotnie przekroczyć
Wydawało się jednak, że granica 10 petawatów jest tą, której przebić się nie uda. Przynajmniej z wykorzystaniem laserów tytanowo-szafirowych. Z tego względu naukowcy, myśląc o projektowaniu laserów o mocy od 10 do 100 petawatów, zazwyczaj stawiali na inny wariant w postaci nieliniowych kryształów deuterowanego diwodorofosforanu potasu. Niestety, takie podejście również ma swoje ograniczenia (choćby w postaci niskiej wydajności i stabilności).
W przypadku kryształów tytanowo-szafirowych sytuacja wygląda lepiej, ale istnieje ograniczenie, które wydawało się nie do przejścia. Chodziło rzecz jasna o 10-petawatowy limit. Nawet wykorzystanie większych rozmiarowo kryształów nie zapewniało pożądanego efektu, lecz naukowcy z Chin nie zamierzali się poddawać. Łącząc ze sobą wiele takich kryształów doprowadzili do przełomu. Jak wyjaśniają, koherentne wzmocnienie lasera tytanowo-szafirowego zapewnia stosunkowo łatwy i niedrogi sposób na przekroczenie obecnego limitu wynoszącego 10 petawatów.
Czytaj też: Laser milion razy potężniejszy od dotychczasowych. Wystarczyła jedna zmiana
Sami zainteresowani szacują, że dzięki ich rozwiązaniu możliwe będzie zwiększenie dotychczasowego limitu do nawet 40 petawatów. Jeśli zaś chodzi o intensywność szczytową, to w tym przypadku obecna granica mogłaby zostać przekroczona nawet 10-krotnie. W kontekście praktycznych zastosowań mówi się przede wszystkim o rosnących możliwościach eksperymentalnych ultraintensywnych ultrakrótkich laserów, które zostaną wykorzystane w fizyce laserowej silnego pola. O szczegółach dotychczasowych ustaleń możemy przeczytać na łamach Advanced Photonics.
