Моќ или енергија
„Во лабораторијата, топла материја се создава накратко од ласери со екстремна максимална моќност или густина на енергија. така заврши мојот последен пост за топла, густа материја. Значи, ќе користиме ласери со голема моќност и ласери со висока енергија. Но, која е всушност разликата и зошто не сме задоволни со едниот или со компромисот и од обајцата.
Како прво, би сакал да ве потсетам на односот помеѓу моќта и енергијата. Енергијата е способност за работа. Енергијата е количина на зачувување. Со него, материјата може да се загрее и да се активира, или полнежите можат да се одделат против електричните сили. Енергијата е енергија на време. Врвната изведба на еден процес покажува колку енергија тече во екстремен случај. Моќта е промена на енергијата.
Ласер со висока енергија
Ласер со висока енергија пренесува максимална енергија во еден пулс. Импулсот не може да биде со која било должина, бидејќи енергијата би требало да ја загрева материјално локално. Енергијата треба да се депонира побрзо отколку што топлината се дистрибуира во материјалот.
Високоенергетскиот ласер што ќе се користи во нашата експериментална сала ќе примени околу 100 џули во импулси од две до дваесет наносекунди. На почетокот тоа не звучи многу.
100 џули се 24 калории, што е за енергијата потребна за загревање на 1 грам вода за 24 степени. Еден грам вода е еден кубен сантиметар. Но, таквиот ласер не е фокусиран на квадратен сантиметар, туку на дропки од милиметар. Со фокусна точка од 0,1 на 0,1 милиметри, редослед на големина што лесно може да се постигне, имаме работа со десет илјадити квадратни инчи. Ако длабочината на пенетрација е помала од еден милиметар, ние се загреваме за стотици илјади степени.
Наносекундите се милијардити дел од секундата. Тоа е временскиот распон во кој атомите на гасот се движат во милиметарски опсег. Експлозија не стигнува далеку во наносекунда. Неколку наносекунди се точно вистинското време за навистина да се загрее сума-милиметарска грутка материја.
Високоенергетските ласери се засноваат на стаклени или кристални дискови кои се допираат (допираат) со реткиот итербиум 1. Светлосен пулс прво се генерира во ласерски резонатор и се извлекува со фрлање на шуплина. Јитербиумските јони во кристалните дискови се возбудени навремено и ласерскиот пулс кохерентно се засилува. Стаклата се загреваат до границата на нивната носивост. Брзината со која може да се запали таков ласер е во суштина ограничена од времето што е потребно за повторно да ги оладат дисковите. Наша цел е барем еден импулс во секунда, подобри десет. Десет импулси во секунда е брзината со која е такт на таблетот на нашиот рендгенски ласер базиран на забрзувач.
Ласер со висок интензитет
Ласери со голема моќност или висок интензитет може да се постигнат со тоа што импулсите се многу пократки. На крајот на краиштата, перформансите се енергија по време. Околу 30 фемтосекунди, ваквите ласерски импулси се милион пати пократки од оние на високоенергетските ласери. Но, тие содржат само дваесет и петтина од енергијата: 4 џули.
Како што еднаш покажав, брановата должина на оптичките ласери е многу поголема од големината на атомите. Светлината дејствува главно како вибрирачко електрично поле. Електроните во полето вибрираат како брод на вода. Во повеќето случаи, електричното поле на изворот на светлина е само мала варијација во вкупното електрично поле. Интеракциите се претежно резонанси. Ова е различно со ласерите со висок интензитет: Еве, електричното поле е доволно за да се грабнат електрони директно од атомите.
Главниот ефект на таков ласер не е загревање на материјата, туку директна интеракција со електроните. Електроните можат да станат толку брзи што генерираат кратки рендгенски трепкања кога ќе се вратат во атомот или дури и исфрлат протони од јадрото.
Параметарот за висок интензитет е моќност по површина: вати по квадратен сантиметар (Ш/см2). Ласерот од 4 џули, 30 фемтосекунди може, фокусиран на неколку микрометри, да постигне густина на површинска моќност над 10 20 W/cm². Прагот на јонизација, т.е. густината на моќност потребна за само ослободување на електрони од материјалот, е 10 12 W/cm² за метали и 10 13 W/cm² за непроводници.
За да генерирате висок интензитет и кратки импулси, потребен е ласер со заклучување на режимот во голем опсег на бранова должина. Тука се користат кристали од сафир со допинг-титаниум. Ласерите со титаниум-сафир генерираат светлина со бранова должина од 800 нанометри, т.е. во инфрацрвениот спектрален опсег, со голем ширина на опсег помеѓу 670 и 1070 нанометри. Ова ги прави овие ласери прилагодливи во широк опсег на бранови должини или особено кратки импулси може да се генерираат. Големиот ширина на опсег исто така има предност што ласерските импулси можат да се протегаат и компресираат со текот на времето со решетки за дифракција. Релативно долг пулс може да се засили со цел да се намали максималната густина на моќност во кристалот и со тоа да се избегне оштетување на кристалот. Засилениот пулс потоа се компресира повторно до неколку фемосекунди со цел да се постигне максимална моќност на врв.
Кој е подобар, наносекунден ласер со 100 џули или фемтосекунд ласер со 4 џули, зависи од експериментот. На прашањето на кое треба да се одговори. Ако и двата се достапни, можеме да ја проучуваме материјата со високи енергии или под влијание на високи полиња.