Мы привыкли ассоциировать лазер с непрерывным, сосредоточенным лучом света – инструментом точной работы и измерительной науки. Однако в мире исследований и передовых технологий требуются вовсе не постоянные потоки, а взрывы энергии в невероятно коротких промежутках времени – ультракороткие импульсы, подобные мгновенным вспышкам звездного взрыва, но в лабораторных масштабах. Именно такие импульсы, способные разогреть материю до рентгеновских температур и запечатлеть процессы, протекающие за аттосекунды (миллиардная доля миллиардной доли секунды), стали предметом гордости исследователей ETH Zurich.
Рекорд Микроскопической Эксплозии
Под руководством профессора Урсулы Келлер, эксперта в области квантовой электроники, команда добилась поистине впечатляющего результата: созданный ими лазер генерирует самые мощные на сегодняшний день ультракороткие импульсы. С средней мощностью 550 Вт они превосходят предыдущие рекорды более чем на 50%, являясь настоящим гигантом в мире аттосекундной энергетики. Представьте: за доли миллиардной доли секунды эти импульсы, подобно сжатому заряду грома, достигают мощности 100 мегаватт – достаточно, чтобы в кратчайший момент времени «запитать» целых 100 000 пылесосов!
Тайна Аттосекундного Танго: Как Это Работает?
- Магический Диск: Сердцем лазера служит тончайший кристалл иттербия, всего 100 микрометров толщиной – своеобразный «дисковый аккумулятор» энергии. За 25 лет работы над совершенствованием короткоимпульсных дисковых лазеров команда Келлер преодолела множество технических преград, превратив эти лазеры из хрупких экспериментальных моделей в надежные инструменты.
- Многократное Отражение: Секрет усиления кроется в хитроумном расположении зеркал внутри лазера. Свет совершает многочисленные «прогулки» по диску, накапливая энергию, словно заряжаясь заново с каждой отражением, без угрозы нестабильности.
- SESAM – Хранитель Импульса: Ключевым элементом является изобретенное Келлер тридцать лет назад полупроводниковое зеркало SESAM (Semi-Transparent Electro-Optical Sampling Amplifier Mirror). Оно, подобно сверхчувствительному датчику, регулирует отражение света в зависимости от его интенсивности. При достижении критической точки – BAM! – лазер переходит в режим импульсного излучения, сжимая энергию в невероятно короткие вспышки.
Достигнутый результат – это не просто увеличение мощности, это революция в самой концепции. Вместо громоздких систем с внешними усилителями, теперь мощь генерируется непосредственно внутри лазера, минимизируя шум и повышая точность измерений. Это как заменить целую батарею взрывчатки на компактный импульсный генератор, управляемый с предельной точностью.
Будущее в Аттосекундах
Новое поколение лазеров – это не просто технический прорыв, это ключ к исследованию невероятно быстрых явлений:
- Аттосекундные часы: Создание ультракоротких импульсов, уходящих в диапазон ещё более невероятных времен, позволит разрабатывать сверхточное измерение времени, открывая новые горизонты в фундаментальной физике.
- Рентгеновские Гребни: Генерация частотных гребешков от ультрафиолетового до рентгеновского диапазона – это возможность создания ещё более совершенных атомных часов и проникновения в тайны структуры материи на микроскопическом уровне.
- Тестирование Материалов: Терагерцовое излучение, генерируемое лазером, станет мощным инструментом для анализа свойств материалов, подобно рентгеновскому снимку, но с ещё большей разрешающей способностью.
Урсула Келлер видит в своих разработках не просто технический прогресс, а возможность поставить под вопрос сами фундаментальные константы физики, исследуя их возможную изменчивость во времени. Лазерный взрыв в аттосекундном масштабе – это не просто яркая вспышка, это новый горизонт познания.
