Fliegender Fokus: Steuerung von Lasern durch Zeit und Raum

Wissenschaftler haben einen extrem hellen Lichtpunkt erzeugt, der sich mit jeder Geschwindigkeit bewegen kann – auch schneller als die Lichtgeschwindigkeit. Forscher haben einen Weg gefunden, dieses Konzept, den so genannten „Fliegenden Fokus“, zu nutzen, um einen intensiven Laserfokuspunkt über weite Strecken mit beliebiger Geschwindigkeit zu bewegen. Ihre Technik beinhaltet die Aufnahme einiger der schnellsten Filme, die je aufgenommen wurden.

Ein „fliegender Fokus“ kombiniert ein Objektiv, das bestimmte Lichtfarben an verschiedenen Orten fokussiert, mit der kürzlich mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Chirped-Pulse-Verstärker-Technologie, die die Lichtfarben zeitlich organisiert. Stellen Sie sich einen Laser vor, der einen sich ständig ändernden Regenbogen von Farben erzeugt, die mit blau beginnen und mit rot enden. Fokussieren Sie nun das Licht mit einer Linse, die das rote Licht in der Nähe der Linse und das blaue Licht viel weiter von der Linse entfernt konzentriert. Durch die zeitliche Verzögerung zwischen den Farben bewegt sich der hochintensive Fokuspunkt. Durch die Änderung der Zeitverzögerung zwischen den verschiedenen Farben kann dieser Punkt mit beliebiger Geschwindigkeit bewegt werden.

„Der fliegende Fokus erweist sich als superstark“, sagte Dustin Froula, der Leiter der Gruppe für Plasmaphysik an der Universität Rochester’s Laboratory for Laser Energetics. „Es erlaubt uns, hohe Intensitäten über Hunderte von Entfernungen zu erzeugen, als wir es vorher und in jeder Geschwindigkeit konnten. Wir versuchen jetzt, die nächste Generation von Hochleistungslasern zu entwickeln, und der Flugfokus könnte diese Technologie sein.“ Sein Team, unterstützt vom Department of Energy Office of Fusion Energy Sciences, wird diese Forschung auf dem bevorstehenden Treffen der American Physical Society’s Division of Plasma Physics in Portland, Ore, vorstellen.

„Unsere Gruppe machte sich daran, ein Experiment zu entwerfen, das die Ausbreitung eines Brennflecks bei jeder Geschwindigkeit messen würde, einschließlich der 50-fachen Lichtgeschwindigkeit. Dies erforderte eine neue Diagnose, die einen Film mit Bildern, die durch eine Billiontelsekunde getrennt waren, machen konnte“, sagte Froula.

Neben der Einführung der nächsten Generation von Hochleistungslasern hat diese Forschung das Potenzial, neuartige Lichtquellen herzustellen, wie sie beispielsweise Licht in nahezu jeder Farbe erzeugen.

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