Китайские физики в 20 раз повысили интенсивность лазера без роста энергопотребления

Китайским исследователям удалось найти инновационный способ существенного повышения эффективности сверхбыстрых лазерных систем без необходимости наращивать их физическую мощность. Данная методика позволяет добиваться результатов, сопоставимых с воздействием высокоэнергетических импульсов, при этом сводя к минимуму риск термического повреждения изучаемых образцов и критически важных компонентов оптики.

Научная работа, возглавляемая Цзянь Ву из Восточно-Китайского педагогического университета (ECNU), продемонстрировала возможность более чем двадцатикратного усиления ключевых нелинейных оптических эффектов при сохранении прежних показателей средней энергии лазерного импульса.

Нелинейная оптика является фундаментом современных высокотехнологичных исследований — от прецизионной микроскопии до наблюдения за динамикой электронов на ультракоротких временных отрезках. Традиционно для активации таких процессов требуется мощное излучение, которое зачастую приводит к перегреву или физическому разрушению исследуемых материалов.

Вместо эскалации мощности ученые сделали ставку на манипуляцию квантовыми характеристиками света. Применив состояние, известное как «яркий сжатый вакуум», исследователи добились значительных флуктуаций плотности фотонов внутри импульса. Эти кратковременные всплески сверхвысокой интенсивности и обеспечивают мощное взаимодействие с веществом, в то время как средняя энергия потока остается на безопасном уровне.

Практическая проверка концепции проводилась на атомах натрия. Используя квантовый источник, ученые инициировали процесс туннельной ионизации — выход электрона из атома под влиянием электромагнитного поля.

Результаты эксперимента превзошли ожидания: импульс с энергией всего 300 наноджоулей вызвал эффект, для которого обычно потребовалось бы 20-кратное увеличение интенсивности стандартного лазера. При этом общая мощность излучения осталась неизменной, что открывает путь к бережной работе с хрупкими материалами.

Ключевым преимуществом данной технологии является возможность гибкой настройки интенсивности воздействия путем изменения квантовых параметров света, а не посредством грубого повышения мощности лазера.

Авторы исследования полагают, что данный подход станет прорывом для аттосекундной физики, где текущие эксперименты часто упираются в технологический потолок оборудования. Новый метод позволяет достигать экстремальных параметров воздействия без проектирования сверхмощных лазерных установок.

По сути, эта работа знаменует переход к новой парадигме управления светом: квантовые флуктуации, которые ранее считались помехой, теперь становятся эффективным инструментом. В обозримом будущем квантовые свойства излучения могут встать в один ряд с мощностью и длиной волны в качестве фундаментальных характеристик лазерных систем.

Источник: iXBT