Методы компрессии лазерных импульсов

Поскольку электроды плоские и поле между ними - это, по сути, поле плоского конденсатора, то поле получается достаточно однородным, что необходимо для получения всеми электронами одинаковых ускорений для одинакового преобразования частоты.

Высокие поля E можно получить и путём миниатюризации электродов (Рис. 21). Так, возле острия с радиусом закругления r порядка микрона (10-⁶ м) напряжённость поля E~U/r достигает значений E~10⁶ В/м уже при напряжении U=1 В. То есть трансформатор частоты может работать от простой батарейки, если фокусировать свет лазера точно перед остриём, окружённым электронами. Само остриё может служить эффективным источником электронов и ионов за счёт автоэлектронной, автоионной и холодной эмиссии, а также под действием освещения лазерным светом. Применение электрода в виде острия позволит также выполнить второй электрод в виде цилиндра, вместо электрода с отверстием или в виде сетки, который мог бы вызвать эффект переизлучения и тем самым нейтрализовать инерционное преобразование импульса.

Можно преобразовывать рассмотренным способом и непрерывное излучение возбуждённых ионов, налагая на них мощное электрическое поле. Интересно, что установку, подобную рассмотренным выше схемам (Рис. 20, 21) ещё в 1950 г. планировал и С.И. Вавилов, стремясь проверить рассмотренный выше эффект преобразования частоты и переменность скорости света. Только в качестве ускоренных источников света он предлагал использовать не электроны, рассеивающие излучение лазера, а ионы, излучающие узкие спектральные линии (каналовые лучи), движущиеся в быстроменяющемся поле, которое, меняя скорость и ускорение частиц, позволяло бы выявить нелинейное преобразование частоты света на некоторой пролётной дистанции. Другими словами, Вавилов, предполагал обнаружить эффект, аналогичный клистронному, только для света, скорость лучей которого модулировалась переменным электрическим полем, так же как скорость электронов - в клистроне. Но, как говорилось, Вавилов так и не успел осуществить этот опыт [12].

Итак, существует ряд простых способов реализации инерционной компрессии импульсов, и только будущее покажет, какой из них самый простой и эффективный.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Среди рассмотренных методов компрессии есть как широко распространённые и хорошо изученные, так и совсем новые, почти не апробированные и почти неизвестные. Нет сомнений, что в ближайшие годы все эти методы будут находить всё более широкие и значимые применения, в науке, технике и жизни. Пока компрессоры лазерных импульсов существуют в основном в виде лабораторных прототипов, или в виде отдельных узлов лазерных установок, производимых промышленностью. Но со временем их, вероятно, станут изготавливать в виде отдельных агрегатов, которые будут способны сжимать любые лазерные импульсы, с произвольными характеристиками, до любой заданной длительности. Эти универсальные трансформаторы лазерных импульсов будут напоминать электрические трансформаторы и механические редукторы, которые можно произвольно присоединять к разным устройствам для соответствующего преобразования входного "сигнала".

Это позволит существенно расширить область применения современных лазеров, охватить не только область медицины, измерительно-диагностирующей аппаратуры, военной техники, но и поспособствует созданию новых ускорителей, ракетных двигателей и открытию многих других неожиданных областей применения. Большинство современных лазеров, рассчитанных на разные диапазоны, можно будет заменить одним наиболее простым и экономичным, дополнив его трансформатором импульсов, который будет по желанию преобразовывать длительность и частоту излучения. Но главное, трансформаторы импульсов, производящие компрессию, позволят получить импульсы рекордно малых длительностей и пространственных размеров для прецизионной обработки деталей микро- и нано-габаритов [2]. Так, у сфокусированных фемтосекундных импульсов не только ширина, но и длина составляет порядка микрона. Такие компактные импульсы, называемые "световыми пулями", позволяют не только производить прецизионную обработку деталей, посредством "обстрела пулями", но и проводить прецизионные измерения во временной и пространственной области по принципу лидаров (лазерных радаров), точность которых определяется длительностью импульса, составляя микроны и фемтосекунды. Вдобавок компрессия позволяет достичь рекордной мощности и интенсивности, в том числе для изучения совершенно неизвестных свойств вещества и поведения материалов, атомов и элементарных частиц в экстремальных оптических полях.

Подобно тому, как кузнец по желанию трансформирует форму, свойства и структуру металла, превращает с помощью огня и молота бесформенную заготовку в виде куска железа в полезные вещи, с разными назначениями, от военных до вполне мирных, так и физик, вооружённый компрессором, с помощью нелинейности и дисперсии, электричества и инерции, придаёт одному и тому же простому лазерному импульсу самые разные свойства и практически значимые применения. Как легендарный тульский кузнец Левша, так и физик с помощью методов компрессии всё дальше проникает в мир рекордно малых размеров и длительностей, так что с помощью лазера теперь не проблема изготовить и подковать блоху не только микро-, но и наноразмеров [2, с. 157]. Не зря наш физик-электротехник А.Н. Лодыгин (изобретатель электролампы, акваланга, вертолёта и вероятный прообраз жюль-верновского капитана Немо и Робура-Завоевателя), принёсший людям электрический свет,- первую лампу накаливания с тончайшей угольной и вольфрамовой нитью, начинал свой путь в науку из кузниц, с тульских оружейных заводов, где работал кузнецом, молотобойцем, слесарем. Именно там, за обработкой нагретых до белого каления металлических заготовок, он пришёл впервые к идее ламп накаливания и ковки тончайших светоизлучающих волокон (их спирали ныне изготавливают методом волочения через тончайшие алмазные фильеры). Этими первыми лампами он удивил за рубежом многих, включая предприимчивого американца Эдисона.

ЛИТЕРАТУРА

1. Тарасов Л.В. Лазеры: действительность и надежды. М.: Наука, 1985.

2. Крюков П.Г. Фемтосекундные импульсы. М.: Физматлит, 2008.

3. Агравал Г.П. Нелинейная волоконная оптика. М.: Мир, 1996.

4. Оптика. Хабаровск: ДВГУПС, 2008.

5. Белопольский А.А. Астрономические труды. М., 1954.

6. Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Наука, 1976.

7. Франкфурт У.И., Френк А.М. Оптика движущихся тел. М.: Наука, 1972.

8. Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика. М.: МГУ, 1998.

9. Паунд Р.В. // УФН, Т. 72, вып. 4, 1960.

10. Брагинский В.Б., Полнарёв А.Г. Удивительная гравитация. М.: Наука, 1985.

11. Вавилов С.И. Собрание сочинений. Т. 2, М.: АН СССР, 1952.

12. Бонч-Бруевич А.М. // УФН, т. 171, 2001.

Размещено на Allbest.ru