Kuidas näevad välja tõelised laserkuulid?
Laserkuule me arvatavasti oleme näinud ulmefilmides. Aga mis on tegelikkus?
Hiljuti levis internetis Poola füüsikute T.Fok, Y.Stepanenko ja W.Wegrzynski tehtud veidi sürreaalne video sellest, kuidas ülivõimsa laseri tekitatud valgusimpulss (“valguskuuli”) "lendab" mööda koridori. Videost on näha, et tõepoolest, midagi helendavat liigub piki koridori. Aga siin on nii mõndagi seletamist.
| 
|
|---|---|
| Niimoodi nad liiguvad ... | T.Fok, Y.Stepanenko ja W.Wegrzynski oma laseri juures. |
Esiteks, kui tavaliselt näeme väikestel osakestel (näiteks tolm või veeaur) hajunud valgust, siis käesoleval juhul on laserkiir sedavõrd võimas, et see ioniseerib õhu aatomid ja valgus tekib elektronide ja positiivsete ioonide rekombineerumisel. Poolel teel vastasseinani on maha asetatud õhuniisuti, hele sähvatus tekib valguse veepilvest läbiminekul.
Teiseks, igasuguse valguskuuli levimise kiiruseks on ikkagi valguse kiirus ehk ca 300000km/s. Videos on kasutatud laseriga sünkroniseeritud ülikiiret kaamerat, mis valib pildistamise hetki nii, et igasse järgmisesse kaadrisse satuks sobivas kohas olev valgusimpulss (laserist tuli neid välja sagedusega kümme tükki sekundis). Ehk siis iga selle video kaader näitab erinevat valgusimpulssi. Vaatajale jääb mulje aeglasest liikumisest.
Pange tähele, et kasutatud kaamera parameetritest annab aimu videos näha oleva impulsi (valguskuuli) pikkus. 30cm läbimiseks kulub valgusel nanosekundit, selles suurusjärgus peab olema ka kasutatud kaamera ajaline lahutus. See on tõepoolest väga vinge kaamera – nanosekundeid mahub sekundisse miljard tükki! Muide, selline ülilühike säriaeg seletab ka mustvalge pildi – lühike säriaeg tähendab vähe valgust ja suure valgustundlikkusega kaamerad salvestavad üldjuhul mustvalge pildi.
Kui võimas on võimas?
2018.a. saab valmis Extreme Light Infrastructure (ELI) nime kandev taristu Tšehhis, Ungaris ja Rumeenias, kuhu koondatakse tipptasemel laserid teadusuuringute läbiviimiseks. Käesoleval aastal anti teada, et Kalifornias asuvas Lawrence Livermore riiklikus laboratooriumis on kokku pandud üks neljast laserist, mis annab “esimese valguse” ELI kiirekanalite (ELI beamlines) kompleksi suure väljundvõimsusega laserikiirde. Milline see laser on?
Suured laserisüsteemid ei ole sellised, nagu neid igapäevakogemusest ette kujutame. Pigem näeme tervet lauda täitvat seadet, kust paistavad peeglid ja võred – see ongi kõnealune laser. Laseri nimi on GigaShot-HE. Ta suudab anda nanosekundilisi impulsse, milles sisaldub energia , genereeritava valguse lainepikkus on . Aga selle laserikiirega ei tehta eksperimente. Tulevases kompleksis suunatakse see järgmisesse, Titaan-safiir (Ti:sapphire) laserisse. Ka see on suurte laserisüsteemide korral tavapärane – need koosnevad üldjuhul mitmest astmest, kus esimene aste genereerib “esimese valguse”, kõik järgnevad võimendavad seda või muudavad mõnel teisel moel.
Prahasse ehitatava ELI kiirekanali lõppväljundiks on laserimpulsside jada, kus iga impulss on femtosekundit pikk ja sisaldab sealjuures energiat. Impulsside genereerimise sagedus on .
Proovime selle nüüd konteksti panna
džaul on energia, mis tuleb kulutada massi viimiseks ca kõrgusele maapinnast. Ühes genereeritavas laserimpulsis on järelikult piisavalt energiat, et viia 3m kõrgusele. Ei ole eriti muljetäratav? Aga arvestage ka, et seda tehakse femtosekundi jooksul, kui me jagame tehtud töö selleks kulunud ajaga saame võimsuseks vatti, ehk petavati. Seda on palju rohkem, kui kõigi Eesti elektrijaamade koguvõimsus.
Et asi jälle maa peale tagasi tuua peaksime arvutama ka keskmise võimsuse, näiteks ühe sekundi jooksul. See on korda energiat jagada ühega, ehk . Suurte arvude maagia.
Sõnaga, võimsad laserid on petavatt-laserid. Aga ka sellistega ei saa midagi otsesõnu "õhku lasta".
Allikas: http://optics.org/news/6/3/3