Pesquisadores do Laboratório Nacional de Livermore Lawrence (LLNL) e colegas projetaram e construíram novas grades de difração para comprimir pulsos de laser de alta energia no sistema de laser mais poderoso do mundo. O novo design permitirá transmitir 10 PW de energia (1016 W) em um pulso. Isso é cerca de dez vezes a capacidade total da rede elétrica dos EUA, necessária para muitas áreas da ciência.
Fonte da imagem: LLNL
Quatro HELD (grades de alta energia e baixa dispersão) de 85 cm x 70 cm cada serão instaladas no sistema laser ELI-Beamlines L4-ATON na República Tcheca. Essas grades HELD do tamanho de um medidor podem contribuir potencialmente para a criação de futuros sistemas de laser ultrarrápidos com potência de 20 a 50 PW.
Em um sistema a laser, grades de difração são usadas para expandir e então comprimir pulsos de laser de banda larga. O método de amplificação de pulso chirped (CPA) foi proposto em 1985 pelos físicos Gérard Albert Mourou e Donna Strickland, pelo qual receberam o Prêmio Nobel de Física em 2018. Atualmente, o método CPA é o único para obter um pulso de laser do nível de petawatt.
Graças às novas grades de difração, a instalação L4-ATON poderá gerar 1,5 kJ de energia em pulsos com duração de 150 fs (femtossegundos, 10-15 s), o que corresponderá à transmissão de uma potência sem precedentes de 10 PW a uma taxa de repetição de um pulso por minuto. Alcançar essas energias abrirá as portas para pesquisas revolucionárias em áreas como física de plasma e alta densidade de energia, astrofísica, aceleração de partículas a laser, diagnóstico médico avançado, tecnologias de processamento industrial e detecção de materiais nucleares.
Um diagrama simplificado do funcionamento de uma instalação de laser com grades de difração em sua composição. Fonte da imagem: LLNL
Em comparação com as matrizes NIF ARC modernas, as matrizes HELD fornecem densidade de energia 3,4 vezes maior. Eles são grandes o suficiente, eficientes e fortes o suficiente para suportar a alta densidade de energia dos pulsos de laser. O alongamento no tempo e as grades de difração de “disparo” de laser espectral reduzem a carga de energia no sistema óptico amplificador, protegendo-o de danos. Após a amplificação, o pulso de laser é novamente comprimido e, assim, atinge as energias mais altas sem prejudicar o canal de amplificação óptica.