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2017-06-02 10:13 |
研究人员研制出世界上具有最高增益的高功率激光放大器
世界上具有能提高几个数量级的最高增益的高功率激光放大器，已经由斯克莱德大学领导的研究小组开发出来。 [xo-ZDIoG
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研究人员展示了利用等离子体实现短激光脉冲放大的可能性，可实现皮焦耳的能量水平放大至100毫焦耳能量水平，其实现的增益将是放大超过八个数量级，可以比拟成在两毫升的等立体中把如叶子沙沙作响的声音放大至喷气式飞机所产生的声音。 .S[M: <<*
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他们用科学技术委员会中心(CLF)的激光器设备产生150焦耳的脉冲频率。并根据之前的两次开创性的试验，与科学家密切合作，实现了激光器可以在两个不同波长激光中的等离子能量交换。测得的增益系数为180 ，这是现有的高功率激光系统放大器通过固态介质实现基础上的100倍以上。
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这一研究结果已发表在《科学报告》杂志上，研究论文的题目为“超高增益的基于等离子体拉曼放大的高效率激光放大器”。 >~jl0!2z@
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Dino Jaroszynski教授，是克莱德大学物理系的一名研究人员，他领导了这项研究。他说，在等离子体中的拉曼放大是一个迷人的概念，结合了诺贝尔物理学奖得主拉曼和等离子体，光学和激光物理的概念。 ( 'Ha$O72
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在这里，一个相对长的，高能量的激光脉冲在等离子体中与一个短的，非常低的能量脉冲碰撞。在它们碰撞的地方产生一个拍波，就像两个碰撞的水波。节拍模式的光压力驱使等离子体电子变成一个规则的模式或梯队模仿节拍波。这种多层阶梯作为一个非常高的反射率且随时间变化的反射镜，扫描的高能脉冲反射到低能量脉冲的能量，从而放大的低能量脉冲并压缩其能量到超短持续时间的光脉冲中。 s*R UYx
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“我们的结果是非常重要的，因为它们表明作为一个非常高的增益放大器介质的等离子体介质的灵活性。我们还表明，放大器的效率可以是相当大的，至少可以提高10%，这是前所未有的，且可以进一步增加。然而，它也显示了什么仍然需要被理解和控制，以实现一个单级高增益，高效率的放大器模块。” |_ OoD9,M
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“一个例子是，我们仍然面临的挑战是如何处理放大的“噪音”，即所产生的随机等离子体的波动，这加剧了极高的增益。这导致不良通道的能量通道。我们正在取得良好的进展，并相信在我们的下一个实验中，我们可以获得很好的途径来解决这些问题，。” o: `^1
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科学技术委员会中心的Gregory Vieux博士带领的研究团队，通过他们的工作，等离子是一个非常有吸引力的媒介研究目标。它没有损坏阈值，因为它已经是一个完全破碎的介质，因此我们可以用它来放大短的激光脉冲，而无需拉伸和再压缩。另一个优点是，在放大过程中进一步压缩理论上是可能的。这可以为下一代激光系统的发展铺平道路，可提供超高强度和超短脉冲，且其成本仅为现有激光的一小部分。 ogqKM_
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“不过，我们还没有完全确定。该计划依赖于控制拉曼的不稳定性。它有这么大的增长因素，它可以从很小的等离子体波动中实现发展和成长。” $B`ETI9g-N
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激光放大器是放大光的装置。这些都是我们熟悉的，且都是由同步发光原子或固体物质的电子使它实现连贯性，这是实现非常高的功率的必要步骤。然而，非常高功率激光器在技术前沿的发展是有限的，因为会损害它们的光学元件和放大媒介。这使得他们体积非常大，且非常昂贵。 a f LE9
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等离子体，这一宇宙无处不在的介质，提供了一种方法，可以绕开这个限制，因为它具有非常强大的抗损伤特性，等离子体可以被看作是已经分解成其最小的组成要素：电子和离子的物质。利用等离子体中的波可以极大地减少激光放大器的尺寸，且可以实现比现在的激光器具有更高的峰值功率的一个技术路线，其功率已超过拍瓦功率范围。 `jec|i@oO
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这是一个非常有价值的研究目标，因为很强激光脉冲可以用于基础研究，如加速粒子，帮助推动核聚变甚至从真空和重建星系内部或者实验室内模拟的宇宙的原始状态的条件下提取粒子。 }U?:al/m
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世界上最高的功率激光器在全球的三个研究中心可以使用，这也是欧洲超级光学基础设施项目的一部分。这个8.5亿欧元的项目致力于研究在最高强度和最小尺度上光与物质相互作用情况。试验中的激光的功率将是地球每次接收太阳总功率的5%大小，超过一万瓦。 NjKC{L5S:
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这些激光将导致新的科学和技术，例如，可以改变我们对高场物理学的理解，并实现新的治疗癌症的放射治疗方式。等离子体可以提一种降低激光技术成本的方法。等离子体可以提供一种超越已有激光器的更高的功率的技术路径。 zEh&@{u?
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原文来源：https://phys.org/news/2017-05-world-highest-gain-high-power-laser.html
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