пятница, 13 апреля 2012 г.

Фемтосекундные лазерные импульсы сжали в двадцать раз

Фемтосекундные лазерные импульсы сжали в двадцать разВ Физическом институте им. П. Н. Лебедева (ФИАН) проведена серия экспериментов по сжатию лазерных импульсов. 300-фемтосекундный импульс излучения иттербиевого лазера с длиной волны 1 030 нм и энергией 150 мкДж был преобразован в импульс длительностью 15 фемтосекунд с длиной волны 515 нм. В работе участвовала троицкая компания «Авеста-Проект», намеревающаяся использовать новую технологию сжатия импульсов для создания лазеров.

Фемтосекундные лазеры широко применяются в различных областях науки, техники и медицины. Сверхкороткие импульсы особенно важны в целом ряде практических приложений (начиная с тех же высокоточных атомных часов). Фемтосекундные лазеры с активными элементами, легированными ионами иттербия (иттербиевые лазеры), хороши в силу удачного сочетания относительно высокой средней мощности и эффективности, реализуемой при диодной накачке. Эти компактные системы считаются сегодня самыми надёжными и эффективными; их используют в качестве задающего генератора в усилительных системах, для многофотонной микроскопии, сверхбыстрой спектроскопии, для генерации терагерцевого излучения, оптической когерентной томографии и т. п. Но не обходится и без недостатков. Так, до сих пор с помощью иттербиевых лазеров нельзя было получить импульс короче порядка 300 фс, имеющий при этом энергию 1–10 мкДж.

В Лаборатории применения лазеров (Троицк) для сжатия импульса использовались эффекты нелинейной оптики, в частности генерация второй гармоники — явление рождения вторичных электромагнитных волн удвоенной частоты в результате нелинейного взаимодействия электромагнитной волны с веществом. Сфокусированное мощное излучение фемтосекундного иттербиевого лазера запускалось в полый цилиндрический световод (капилляр), заполненный ксеноном (для капилляра необходимо заполнение инертным газом) под давлением в несколько атмосфер. Благодаря отражению света при скользящем падении на внутренние стенки капилляра световой пучок сохранял высокую интенсивность при распространении внутри капилляра, а собственно сжатие осуществлялось на основе нелинейного эффекта уширения спектра импульса.

Исследование комментирует его непосредственный участник, ведущий научный сотрудник Леонид Лосев: «Уширение спектра импульса происходит вследствие фазовой самомодуляции, вызванной нелинейной зависимостью показателя преломления нейтральной газовой среды от интенсивности излучения. На переднем фронте импульса мгновенное значение частоты сдвигается в красную сторону, на заднем — в синюю. Возникает частотный чирп, то есть изменение частоты со временем, которое в дальнейшем компенсируется во временнóм компрессоре, и длительность лазерного импульса сокращается. Мы построили компрессор, в котором сжатие проводилось в два этапа: вначале при уширении спектра в капилляре, а затем при уширении спектра в процессе генерации второй гармоники».

Первые исследования по компрессии лазерных импульсов в капилляре относятся ко второй половине 1990 годов; сегодня количество таких работ перевалило за сотню. При создании компрессора нужно заранее определить параметры капилляра (длина и внутренний диаметр, а также состав и давление газа), исходя из требуемых значений энергоэффективности и степени сжатия импульса. Обычно это требует внушительных расчётов (численного решения уравнений, описывающих распространение импульса в нелинейной среде). В нынешнем исследовании была разработана и экспериментально проверена новая методика аналитического расчёта капиллярного компрессора.

И вот итог: импульс длительностью 300 фс с длиной волны 1 030 нм и энергией 150 мкДж был сжат в импульс длительностью 15 фс с длиной волны 515 нм и энергией 18 мкДж. Энергетическая эффективность преобразования составила 12%.

Коллеги высоко оценили это достижение. Главный научный сотрудник ФИАНа Пётр Крюков считает, что это «одна из редких работ на современном лазерном уровне, в которой сочетаются как высокий уровень технологии, так и самих исследований». Важно и то, что здесь использовался уникальнейший лазер, который не покупался где-нибудь, а изготавливался в России, полагает учёный.

Подготовлено по материалам ФИАН-информ.

Оригинальная статья

Поделитесь этой новостью с Вашими друзьями!

Ранее в рубрике "Другие новости науки и техники":

Пещерные бактерии выработали устойчивость к антибиотикам в отсутствие самих антибиотиков
В одной из американских пещер исследователи нашли бактерии, которые, несмотря на исключительную изолированность от окружающего мира, продемонстрировали столь же исключительную устойчивость почти ко всем известным на сегодня антибиотикам. Исследователи из Университета Макмастера (Канада) обнаружили бактерии, которые выработали у себя устойчивость к антибиотикам ещё в те времена, когда никаких ант...
  (читать дальше)

Сталь «Титаника» не могла стать единственной причиной его гибели
100-летняя годовщина «самой популярной катастрофы века», случившейся 14–15 апреля 1912-го, что называется, на носу. Именно столько — 100 лет — не стихают дискуссии о том, что же погубило красу и гордость королевского пассажирского флота Британии — разнесчастный «Титаник». О почти всех теориях и предположениях можно узнать из этого материала. Ну а мы (всё-таки «юбилей») поподробнее остановимся лишь...
  (читать дальше)

Неньютоновская жидкость починит дорожные ямы
Группа студентов Западного резервного университета Кейза (Кливленд, США) предлагает латать дорожное покрытие водонепроницаемыми мешками, наполненными неньютоновской жидкостью. Когда на неё не действуют внешние силы, она течёт как жидкость, когда же ей приходится иметь дело с телом большой массы (или движущимся на значительной скорости), она превращается в нечто твёрдое. На прошлой неделе авторы ...
  (читать дальше)

Окисление океана не угрожает планктонным водорослям с известковыми скелетами
Киотский протокол – международный документ, принятый в Киото (Япония) в декабре 1997 года в дополнение к Рамочной конвенции ООН об изменении климата. Он предусматривает замораживание уровня выбросов... Популярная теория о том, что повышенные эмиссии углекислого газа в атмосфере вызовут коллапс фитоплактона – ключевого звена в кормовой цепочке океана, окончательно опровергнута. Окисление океан...
  (читать дальше)

Оружие делает нас в чужих глазах больше и сильнее
Чтобы стать сильнее, не обязательно подвергать себя изнурительным тренировкам: достаточно взять в руки что-нибудь огнестрельное. Реальной физической силы от этого, правда, не прибавится, но окружающим вы начнёте казаться выше, крупнее, мощнее. С ружьём в руках человек кажется окружающим больше и сильнее — а значит, и опаснее. Исследователи из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США) ст...
  (читать дальше)

Ученые до сих пор не знают, как голуби ориентируются по магнитному полю Земли
Попытки объяснить способность голубей находить дорогу домой вызвали горячие дебаты в научном сообществе. Яблоком раздора стали содержащие железо клетки в клюве птицы. Одни ученые утверждают, что они являются «навигаторами», а другие полагают, что это всего лишь станции переработки гемоглобина, не имеющие к ориентации никакого отношения. Удивительную способность голубей безошибочно находить путь к...
  (читать дальше)

Yahoo! начинает комплексную реорганизацию
Компания Yahoo! объявила о крупномасштабной чистке кадров, проводящейся с целью реорганизации бизнеса. Сообщается, что в ближайшее время работы лишатся приблизительно 2 000 человек, или около 14% штата, насчитывающего 14,1 тыс. сотрудников. В долгосрочной перспективе эта мера позволит экономить до $375 млн в год. Правда, расходы, связанные с увольнениями, составят от $125 до $145 млн, что о...
  (читать дальше)

Океан нагревается уже лет сто
Анализ данных о температуре Мирового океана с 1870-х годов показал, что потепление началось по крайней мере 100 лет назад. Дин Рёммих из Института океанографии им. Скриппса при Калифорнийском университете в Сан-Диего (США) и его коллеги выяснили, что за этот период верхний 700-метровый слой океана прогрелся в среднем на 0,33 ˚C. Наибольший рост показала поверхность — 0,59 ˚C, на 900-метровой глу...
  (читать дальше)

Создана новая система беспроводной передачи электричества
Исследователи из германского Института керамических технологий и систем Общества им. Фраунгофера (IKTS) продемонстрировали новый метод беспроводной передачи энергии на небольшие расстояния. Существует несколько способов передачи электрической энергии без использования токопроводящих элементов в цепи. Один из наиболее распространённых — электромагнитная индукция: переменный электрический ток...
  (читать дальше)
НАСА и ЕКА будут осваивать Марс в четыре этапа
Группа учёных из Европы, Канады и США, включая специалистов НАСА и ЕКА, выделила четыре главных требования к будущим проектам, посвящённым доставке образцов марсианского грунта на Землю. Во главу угла поставлены поиск следов прошлой или нынешней жизни. Отправка человека — на последнем месте. Хотя выполнение первоочередной задачи — всё равно что поиск иголки в стоге сена, учёные полагают, что и...
  (читать дальше)

Как природа осуществляет наноразмерный контроль за солнечной энергией
Начало природного процесса захвата солнечной энергии происходит в абсорбирующих свет протеиновых комплексах, называемых фотосинтетическими реакционными центрами (РЦ). Даже после миллиардов лет эволюции Природа и не думает отказываться от находящегося в центре РЦ абсорбирующего свет гексамерного кофактора, нужного для проведения самой первой химической реакции фотосинтеза — индуцированного светом э...
  (читать дальше)

Почему секс и красный цвет взаимосвязаны
Исследователи пришли к выводу, что красные женские гениталии не возбуждают мужчин — следовательно, для сексуальной символики красного цвета нужно искать иное, менее наглядное объяснение. Обычно поведенческие эксперименты такого рода проводят на млекопитающих. Поэтому то, что в исследовании участвовали не самцы обезьян, а обычные мужчины, добавляет результатам ещё и солидную долю пикантности. С...
  (читать дальше)

Как мысли о смерти нам жить помогают
Размышления о смерти делают нас добрее и внимательнее, а вид на кладбище способен помочь с пошатнувшимся здоровьем. Общество обычно табуирует тему смерти. Считается (и тому есть подтверждения в работах психологов), что мысли о смерти негативно влияют на психику, способствуют асоциальному и даже антисоциальному поведению, и что нормальной жизни «размышления о вечном» следует держать в узде. С пси...
  (читать дальше)

Королевство кривых лучей
Обычно свет распространяется по прямой. Конечно, при помощи сред с различными коэффициентами преломления его можно отклонить. Однако новые исследования двух независимых научных групп показывают, что и сам по себе пучок света может изгибаться до 360˚. Часто новое — это хорошо забытое, но не обязательно старое. В конце 1970-х физики Майкл Берри из Бристольского университета (Великобритания) и Нанд...
  (читать дальше)

Объявлены победители конкурса подводной фотографии
Подведены итоги ежегодного конкурса подводной фотографии, который проходит под эгидой Школы морских и атмосферных наук Университета Майами (США). До участия допускаются только любители, которые зарабатывают на фотографии не более 20% своего дохода. Второе место в категории «Макросъёмка»: «фарфоровый» краб из семейства Porcellanidae, зацепившийся за полип морское перо в национальном парк...
  (читать дальше)

Заболевания дёсен, оказывается, не имеют отношения ни к инфарктам, ни к инсультам
Вот уже два десятка лет учёные твердят о связи между заболеваниями дёсен, инфарктами и инсультами. И вдруг новый анализ данных показывает, что эти заявления ошибочны. Американская кардиологическая ассоциация опубликовала в AHA journal Circulation «научный рапорт», заключающий, что периодонтит не повышает риска возникновения сердечно-сосудистых хворей и не является их причиной. Более того, нет ни м...
  (читать дальше)

Аспирин, возможно, помогает против ожирения
Салициловая кислота, образующаяся в результате расщепления аспирина, активирует расщепление жиров в клетке. Кажется, человечество вот уже более полутораста лет живёт с лекарством от всех болезней, не догадываясь о его чудодейственном всемогуществе. Не так давно проходило сообщение о том, что аспирин можно пить для профилактики рака; полным ходом исследуется его благотворное влияние при сердечно-...
  (читать дальше)

Как звучит симметрия субатомного мира?
Хотите услышать песнь позитрона? Итальянский инженер Доменико Вичинанца, кажется, готов воплотить вашу мечту. Этот человек уже экспериментировал с вулканической активностью и даже играл древнегреческую музыку с «Оркестром забытых звуков». Теперь его влечёт субатомный мир туманных и пузырьковых камер — предшественников современных детекторов частиц. Туманную камеру изобрёл в 1895 году шотландск...
  (читать дальше)

Нам бы расписания взять и отменить
Исследователи из Технологического института Джорджии (США) обнаружили, что отмена управления наземным общественным транспортом при помощи расписания и использование децентрализованной самоуправляющейся схемы позволяет сделать движение более эффективным. В работе, опубликованной в журнале Transportation Research, описан алгоритм, позволяющий минимизировать интервалы между появлениями автобусов на о...
  (читать дальше)