Скажем, вместо того, чтобы фокусировать солнечный свет на земле, вы хотите сфокусировать свет на листе бумаги. Затем представьте, что лист бумаги двигался.
Если вы хотите удерживать фокус на бумаге, вы можете перемещать линзу (увеличительное стекло) или перемещать фокус (концентрацию света). Разрешение фокусу перемещаться создает концепцию, известную как летающий фокус.
Впервые исследователи из Лаборатории лазерной энергии (LLE) Университета Рочестера нашли способ использовать летающий фокус для лучшего управления интенсивностью лазеров на больших расстояниях. Их методика включает в себя захват одних из самых быстрых фильмов, когда-либо записанных, и может помочь исследователям разработать новое поколение мощных лазеров или создать источники света с новыми длинами волн. Следующее поколение мощных лазеров может быть достаточно мощным, чтобы генерировать частицы из вакуума, а источники света могут генерировать новые терагерцовые лучи для изучения сложных материалов и молекул.
Исследователи опубликовали свои выводы в статье в Nature Photonics.
«В прошлом люди могли непреднамеренно создавать летающий фокус, но это первый раз, когда летающий фокус был признан полезным способом управления фокусной скоростью», – говорит Дастин Фрула, старший научный сотрудник LLE и доцент кафедры физика в Рочестере.
В верхнем кадре показано, что происходит, когда вы, например, используете увеличительное стекло, чтобы направить все цвета солнечного света – от синего (более короткие волны) до красного (более длинные волны) – в одну точку фокусировки (вертикальная зеленая линия). Все цвета сосредоточатся там и остановятся.
В нижнем кадре показано, что происходит, когда исследователи используют летающую линзу для фокусировки, чтобы направить все цвета лазерного луча, от синего до красного, позволяя каждому цвету попасть в разные точки фокусировки. Сначала будет фокусироваться синий, а затем этот фокус переместится назад к красному. Фокус не останавливается, а перемещается.
«Это оказалось очень мощным», – говорит Фрула. "Фокус полета позволяет нам иметь такую высокую интенсивность на расстоянии в сотни раз больше, чем мы могли раньше. Прямо сейчас мы пытаемся создать новое поколение мощных лазеров, и летающий фокус может стать той технологией, которая позволяет."
Методика, разработанная исследователями LLE, позволяет им проводить измерения, снимая видео с движущимся фокусным пятном со скоростью одной триллионной кадра в секунду – это один из самых быстрых фильмов, когда-либо записанных.
Фрула и его коллеги добились этого с помощью лазера с короткими импульсами и дифракционной линзы, созданных Терри Кесслером, руководителем группы по оптике и визуализации в LLE.
«В мире существует всего несколько таких объективов, и три из них были построены в LLE Терри и его командой более 10 лет назад в рамках проекта OMEGA EP», – говорит Фрула. "Наша группа физики плазмы намеревалась разработать эксперимент, который будет измерять распространение фокального пятна с любой скоростью, включая скорость в 50 раз превышающую скорость света. Для этого требовалась диагностика, которая могла бы сделать фильм с кадрами с точностью до триллионной секунды."
Фрула говорит, что совместная поддержка команды лазерной науки LLE помогла достичь этого подвига: «Совместные междисциплинарные группы в LLE позволили этой новой концепции стать реальностью и являются ведущими прорывами во многих приложениях лазерной плазмы."
Это исследование было поддержано U.S.
Департамент энергетики Управление науки о термоядерной энергии.