لیزرهای فیبر آماده پیشرفت در توسعه شتاب دهنده های لیزر پلاسما در آزمایشگاه هستند
فاز بعدی در توسعه شتاب‌دهنده‌های ذرات لیزری پلاسما (LPA) - ابزارهای تحقیقاتی بالقوه تغییر دهنده بازی و کاربردهای عملی - در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی (آزمایشگاه برکلی) وزارت نیرو در حال انجام است. یک رویکرد جدید برای لیزرهای پرقدرت - ترکیب پالس های لیزرهای بسیار سریع اما کم انرژی با فیبر نوری - این شتاب دهنده های فوق فشرده را تامین می کند.
محققان آزمایشگاه برکلی توجه خود را به محدودیت‌های تلاش‌های توسعه LPA معطوف کرده‌اند و معتقدند راه جدیدی را با لیزرهای فیبر نوری یافته‌اند.
کامرون گیدس، مدیر بخش فناوری شتاب و فیزیک کاربردی آزمایشگاه برکلی (ATAP)، گفت: «با تمام پیشرفت‌های اخیر در لیزرهای فیبری و شتاب‌دهنده‌های لیزر پلاسما، زمان آن فرا رسیده است که آنها را گرد هم آوریم - برای توسعه نسل بعدی دستگاه‌های فشرده. و شتاب دهنده های دقیق کنترل شده که می توانند در طیف وسیعی از کاربردها استفاده شوند.
LPA: کوچک، بزرگ جدید است
LPA، که مرکز شتابدهنده لیزر آزمایشگاهی برکلی (BELLA) در میان پیشتازان آن قرار دارد، یک رویکرد کاملاً فشرده برای شتاب ذرات است که برای دستیابی به انرژی ذرات در سانتی‌متر قابل توجه است، که با فناوری معمولی به ده‌ها متر نیاز دارد.
شتاب دهنده های معمولی از امواج مایکروویو در حفره های فلزی تشدید کننده برای انتقال انرژی بالا به پرتوهای ذرات زیراتمی استفاده می کنند. این فناوری بالغ، که می‌تواند چندین شکل دایره‌ای یا خطی به خود بگیرد، شتاب‌دهنده‌ها را به موتورهای قدرتمند اکتشافات علمی، علاوه بر کاربردهای عملی متعدد در پزشکی، پردازش صنعتی و امنیت ملی تبدیل می‌کند. با این حال، بسیاری از آنها بزرگ و گران هستند.
LPA ها یک راه جایگزین برای تسریع و افزایش انرژی ذرات ارائه می دهند. به جای استفاده از امواج مایکروویو، یک پرتو شدید از نور لیزر که از طریق گاز پرتاب می‌شود، موجی پلاسما تولید می‌کند که ذرات باردار می‌توانند مانند موج‌سنج‌ها حرکت کنند.
بسیار کوچکتر از ابزارهای مدرن برای دستیابی به انرژی پرتو یکسان، LPAها در بسیاری از کاربردها، از درمان های زیست پزشکی گرفته تا مراکز تحقیقاتی با لیزرهای الکترون آزاد تا عدم تکثیر هسته ای، جذاب خواهند بود. از این گذشته، آنها حتی می توانند مبنایی برای نسل جدیدی از برخورددهنده ها باشند، مرتبه ای کوچکتر از امروز، برای فیزیک با انرژی بالا.
LPA ها با موفقیت نشان داده شده اند (مرکز BELLA با شتاب دادن به الکترون ها تا انرژی 7.8 میلیارد الکترون ولت تنها در 20 سانتی متر رکورد را در اختیار دارد)، اما آنها به قدرت لیزر بالایی نیاز دارند. لیزری مانند BELLA Petawatt توانی قابل مقایسه با کل توان شبکه برق جهانی را در یک لحظه بسیار کوتاه تولید می کند که بر روی پالسی به قطر موی انسان متمرکز شده است. با این حال، می تواند تنها در هر ثانیه یک پالس جمع آوری کند. کاربردهای مفید نیاز به توان لیزر بالایی دارند که در پالس های بسیار مکرر ارائه می شود. این جایی است که پروژه لیزر فیبر جدید وارد می شود.
کار تیمی لیزری به معنای تکانه های قدرتمند است
لیزرهای نوری (بر اساس فیبرهای نوری که با شبکه های مخابراتی و کامپیوتری آشنا هستند، اما برای تابش لیزر بهینه طراحی شده اند) سریع اما کوچک هستند. هر فیبر نوری کانالی را فراهم می کند که پهن تر از موی انسان نیست و فقط می تواند انرژی زیادی از خود ساطع کند. این پروژه که اکنون در حال انجام است - بر اساس چندین سال کار اساسی در آزمایشگاه برکلی، دانشگاه میشیگان و آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور - طرحی به نام "ترکیب پرتو منسجم" را توسعه خواهد داد. هدف، پالس‌هایی است که به اندازه کافی قدرتمند هستند تا LPA را هدایت کنند، اما هزار بار در ثانیه ارسال می‌شوند.
پروژه جدید توسط محققی در آزمایشگاه باغ وحش برکلی تانگ هدایت می شود. اعضای تیم آزمایشگاه برکلی که بر روی توسعه فیبر لیزری کار می کنند نیز شامل راسل ویلکاکس، کیانگ دو، تورستن استزلبرگر و جرون ون تیلبورگ هستند. Almantas Galvanauskas و دانشجویانش از دانشگاه میشیگان و لیلا کیانی از آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور نیز نقش مهمی در این برنامه دارند.
تلاش‌های کلی، که بر اساس چندین سال پیشرفت ادامه می‌یابد، شامل ترکیب فضایی، زمانی و طیفی به‌گونه‌ای است که «انسجام» (کیفیت پرتو لیزر متمایز مورد نیاز برای LPA) را حفظ کند. هدف آن ترکیب پالس های نسبتا کم توان بسیاری از فیبرها در پالس های 30-50 فمتوثانیه ای 200 میلی ژول با حداکثر توان بسیار بیشتر از یک تراوات است. این بالاترین انرژی و حداکثر توانی است که تاکنون از یک لیزر فیبر دریافت شده است و برای نمایش شتاب لیزر-پلاسما بیش از اندازه کافی است.
ژو گفت: "مصرف انرژی آنها در مقایسه با لیزرهای معمولی بهبود می یابد و توانایی آنها در دفع گرما عالی است و با چالش های دیگر در ساخت لیزرهای پرقدرت مقابله می کند."
هدف بلندمدت یک برخورد دهنده برای فیزیک انرژی بالا است. برای این منظور، LPA به انرژی لیزری مرتبه 10 ژول در پالس های کوتاه (هر کدام 30 تا 100 فمتوثانیه)، با نرخ تکرار بیشتر از 10000 پالس در ثانیه نیاز دارد - مشخصات بسیار فراتر از فناوری لیزر موجود. لیزرهای فیبر کاندیدای امیدوارکننده ای برای حل این مشکل هستند و در عین حال می توانند بسیاری از برنامه های کاربردی LPA اضافی را تامین کنند.
قدرت تنها چیز مهم در سیستمی نیست که باید یک پرتو نازک به اندازه مو را به یک مویرگ با قطر داخلی تنها چند برابر بزرگتر از آن برساند. اندازه گیری و بازخورد فعال برای کنترل دقیق ویژگی هایی مانند زاویه و موقعیت هدف، موضوع کار اضافی در مرکز BELLA است. یادگیری ماشینی به عنوان یک تکنیک کنترل مهم در حال ظهور است.
ما نه تنها می‌خواهیم یک سیستم لیزری بسازیم که رکوردهایی را برای قدرت و انرژی ثبت کند، بلکه می‌خواهیم کنترل‌های پیشرفته را نیز بسازیم و سپس از آن برای ساختن اولین شتابدهنده لیزری پرقدرت و فرکانس بالا در جهان استفاده کنیم. "گدس گفت.
چنین سیستمی، با ترکیب منسجم پالس های فوق کوتاه از بسیاری از لیزرهای فیبر با نرخ تکرار کیلوهرتز، در خط مقدم فناوری لیزر kBELLA است که توسط نسل بعدی درایورهای LPA در مرکز شتاب دهنده لیزر آزمایشگاهی برکلی (BELLA) پیشنهاد شده است.
نقل قول: لیزرهای فیبر آماده برای سرعت بخشیدن به توسعه شتاب دهنده های لیزر پلاسما عملی (2021، 6 دسامبر)، بازیابی شده در 6 دسامبر 2021 از https://phys.org/news/2021-12-fiber-lasers-poised -advance- lab.html
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هرگونه معامله منصفانه به منظور تحقیق یا مطالعه خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا فقط برای مقاصد اطلاعاتی ارائه شده است.
[ad_2]