Учёные смоделировали линзы из плазмы, которые позволят создать сверхмощные лазеры

Традиционно лазерное излучение фокусируют с помощью стеклянной оптики. Но никакое стекло не выдержит ту энергию, с которой будут работать лазеры следующего поколения. Оно просто испарится, если интенсивность излучения увеличить ещё на порядок–другой от нынешнего. Выход может быть найден в создании линз из плазмы — из упорядоченной определённым образом в пространстве смеси из ионов и свободных электронов.

Линзы буквально будут создаваться из воздуха.

Исследованием физических явлений в процессе создания голографических линз из плазмы занималась группа учёных из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL). Данные о работе опубликованы в издании Physical Review Letters. Поскольку плазма имеет гораздо более высокую плотность энергии, чем стекло, она может выдерживать гораздо более высокие оптические плотности, что открывает путь к более высокой интенсивности и энергии лазера.

Для проверки теории учёные провели моделирование ряда физических процессов с использованием плазменных линз для фокусирования лазеров. Расчёты показали, что лучше всего лазерные лучи фокусируют голографические плазменные линзы, во многом похожие на дифракционные решётки. Модели показали, что даже ощутимые неоднородности в плотности плазменных образований неплохо справляются с фокусировкой высокоинтенсивного излучения.

«Наш новый подход к использованию плазмы для фокусировки основан на дифракции — как в голограмме или зонной пластине — а не на преломлении, как в традиционной конструкции линзы, — заявил один из авторов исследования.

— Дифракция делает плазменную оптику нечувствительной к недостаткам плотности плазмы, что очень важно, поскольку в целом трудно создать плазму с оптически точными свойствами».

Поскольку плазменная оптика является переходной и создается из газа, эти линзы будут особенно хорошо подходить для лазерных систем с высокой частотой повторения, таких как лазер L3-HAPLS, разрабатываемый LLNL в Чешской Республике, а также для потенциальных систем инерциального термоядерного синтеза.