Сотрудники Института прикладной физики РАН (ИПФ РАН, г. Н. Новгород) и Российского федерального ядерного центра (РФЯЦ, г. Саров) создали компактный петаваттный (10¹⁵ Вт) лазерный комплекс. Разработанный комплекс входит в число пяти наиболее мощных лазерных систем в мире. Его пиковая мощность 0,56 ПВт, длительность импульса 43 фс (1 фс = 10^-15 с).

Петаваттный лазер.

О возможностях подобных лазерных установок рассказал во время своего доклада на одном из апрельских заседаний президиума РАН член-корреспондент РАН А. М. Сергеев (ИПФ РАН). Физика сверхкоротких лазерных импульсов — очень быстро развивающееся направление современной науки, что обусловлено беспрецедентными возможностями её приложений, таких как управление процессами в физических, химических и биологических системах на молекулярном уровне, коммуникационные технологии с рекордной плотностью передачи информации, прецизионная микрообработка материалов и др.

Оптика сверхкоротких оптических импульсов является основой для развития физики сверхсильных полей и порождаемых ими экстремальных состояний вещества. Мощные — тераваттные (10¹² Вт) и петаваттные фемтосекундные лазерные комплексы способны генерировать оптические поля с интенсивностями более 10¹⁹ Вт/см², образующиеся при фокусировке таких лазерных импульсов. Эти поля существенно превосходят уровень внутриатомных полей, что позволяет создавать состояния вещества с экстремальными свойствами. Подобные лазерные установки рассматриваются как инструмент для моделирования процессов, протекающих в ядерных и термоядерных реакциях.

Особенность лазерной установки, созданной физиками из Нижнего Новгорода и Сарова, — использование так называемых параметрических усилителей света вместо обычных лазерных. Дело в том, что традиционно применяемый принцип усиления фемтосекундных лазерных импульсов на неодимовом стекле имеет ограничения по увеличению мощности лазерных комплексов. Поэтому физики ищут альтернативные способы преодоления петаваттного барьера. Исследователи ИПФ РАН и РФЯЦ впервые предложили использовать для параметрического усиления света нелинейный кристалл DKDP (KD₂PO₄ — дидейтерофосфат калия). Достигнутая мощность 0,56 ПВт уже открывает возможности для проведения исследования экстремальных состояний вещества, для медицинских и других специальных приложений. Разработчики подчёркивают, что оригинальная архитектура лазера позволяет масштабировать комплекс до мощности 10 ПВт.

Профессор Сергеев отметил, что уже имеющиеся в лабораториях мира источники мощных фемтосекундных импульсов способны в ходе нелинейного взаимодействия с веществом генерировать потоки ускоренных частиц с энергиями, сравнимыми с получаемыми на ускорительной технике — синхротронах и линейных ускорителях. При этом компактность и дешевизна лазерных установок в сравнении с традиционными ускорителями и перспективы дальнейшего масштабирования мощности фемтосекундного оптического излучения позволяют сегодня начать серьёзное обсуждение проектов, казавшихся ещё вчера фантастическими, таких как пробой вакуума в сфокусированном световом пучке или получение мини-чёрных дыр в лазерной лаборатории. Он также отметил использование экстремальных оптических полей в медицине: протонографии, позитронно-эмиссионной томографии и адронной терапии.

Заместитель директора Института химической физики РАН доктор физико-математических наук О. М. Саркисов в ходе обсуждения доклада отметил: фемтосекундные импульсы позволяют изучать внутримолекулярные процессы, что произвело настоящую революцию в химии. А на основе многофотонных процессов поглощения света разработаны фемтосекундные методы, благодаря которым можно производить операции внутри клеток.

№7, 2008