En tant que source d'énergie unique, les super lasers jouent un rôle clé dans de nombreux aspects tels que la recherche scientifique, l'industrie et la médecine. Afin d'obtenir des impulsions laser de haute intensité, les faisceaux convergent généralement vers une très petite taille dans l'espace, et après avoir convergé, ils divergent rapidement en raison des effets de diffraction. Cependant, dans des domaines tels que l'accélération du champ de sillage laser, les lasers doivent maintenir une intensité lumineuse élevée sur une distance considérable. Une étude menée par Marlene Turner, scientifique au Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), s'étend à ce domaine.
Dans l'accélération du champ de sillage laser, le laser super puissant est utilisé pour exciter les ondes électrostatiques dans le plasma, et les particules chargées peuvent être accélérées dans les ondes électrostatiques, de la même manière qu'en surfant sur la mer. La particularité de ce type d'accélérateur est que la distance d'accélération nécessaire aux particules chargées pour obtenir une certaine quantité d'énergie est des milliers de fois plus courte que celle des méthodes d'accélération traditionnelles. Cependant, si le faisceau laser n'est pas guidé, il se dispersera peu de temps après la mise au point, réduisant considérablement l'intensité de l'impulsion laser et la distance d'accélération pouvant entraîner le champ de sillage de haute intensité. Par conséquent, le raccourcissement de la distance d'accélération fera que les particules n'obtiendront pas la meilleure énergie d'accélération.
Pour les impulsions de faible intensité, la solution à la diffraction est la fibre de verre optique, qui peut guider le faisceau laser sur des milliers de kilomètres, mais les lasers à haute intensité peuvent endommager la fibre optique. Dans un article du deuxième numéro de High Power Laser Science and Engineering 2021, le professeur Marlene Turner et d'autres ont étudié la fibre plasma utilisée pour les lasers super puissants. Le plasma peut réduire l'effet de diffraction et guider le faisceau laser pour étendre sa distance de transmission à haute intensité. . L'équipe de recherche a montré le capillaire de décharge de haute qualité le plus long de 40 cm à ce jour.
Comment le guide d'onde plasma guide-t-il le laser ? La lentille ou la fibre optique peut dévier la lumière laser à travers la distribution d'indice de réfraction la plus forte au centre. Pour le plasma, il est obtenu par la distribution de densité électronique la plus faible au centre. L'augmentation progressive de la distribution de la densité électronique dans la direction radiale entraîne une augmentation progressive de l'indice de réfraction dans la direction radiale, ce qui ressemble à une lentille ou un tube laser surpuissant pour les lasers à haute puissance.
Comment un tel plasma peut-il être généré ? Un certain nombre de technologies ont été mises en œuvre jusqu'à présent. Dans cet article, les chercheurs ont utilisé un tube capillaire en saphir rempli de gaz avec des électrodes connectées aux deux extrémités. Le plasma est généré par une décharge à haute tension. Le courant de décharge chauffe le plasma et le refroidit près de la paroi du tube, ce qui réduit la température plus près de la paroi du tube. Parce que la pression de l'air est équilibrée, la densité électronique du centre vers les extrémités augmente progressivement, ce qui se traduit par un guide d'ondes super puissant pour guider le faisceau laser.
Contrairement à une lentille de verre statique ou à une fibre optique, le guide d'ondes plasmonique est rétabli à chaque impulsion. Par conséquent, les chercheurs ont étudié en détail les changements de paramètres de chaque décharge et ont démontré une excellente stabilité et répétabilité. Ceci est très important pour le faisceau d'accélération avec des changements multi-paramètres dans l'accélération du champ de sillage laser. Les chercheurs ont découvert que le changement des paramètres du guide d'ondes dans les différents processus de décharge est inférieur à 1% et que la distribution de la densité dans chaque canal est très proche. Cela signifie que chaque impulsion laser se déplacera de la même manière le long du même chemin dans le guide d'ondes.
& quot;Ce travail montre que le tube capillaire peut générer un plasma très stable, ce qui indique que les fluctuations observées dans les performances de l'accélérateur sont principalement dues aux fluctuations de l'entraînement laser, et un contrôle de rétroaction laser très instantané est nécessaire pour assurer stabilité." Technologie de l'accélérateur California LBNL Le Dr Cameron Geddes, directeur du département de physique appliquée, a fait les commentaires ci-dessus sur ce travail.
Le contrôle précis de la forme de la lentille de verre détermine les performances optiques, mais c'est un défi de contrôler le plasma au même niveau. Idéalement, la distribution de la densité électronique est parabolique, mais en fait ce n'est plus une parabole éloignée de l'axe du canal. Les chercheurs ont découvert que cela est très important dans le plasma en tant que système de télescope pour augmenter la tache focale du faisceau. Grâce à un contrôle très précis, les chercheurs de cet article utilisent un plasma parabolique distribué près de la tache focale du laser pour guider le laser, de sorte que la qualité du faisceau ne diminue pas pendant la propagation du faisceau. Le guide d'ondes capillaire de décharge a obtenu des électrons de haute énergie dans l'accélérateur de champ de sillage laser. Le guide d'ondes de 40 cm de long développé par l'équipe de recherche devrait pousser l'énergie de coupure à un niveau supérieur.
