Naukowcy nagrali laserowy strzał godny Gwiezdnych Wojen

Okazją do sfilmowania przelotu ultrakrótkiego impulsu laserowego przez powietrze były dla naukowców testy nowego, kompaktowego lasera wielkiej mocy. Prowadzili je naukowców z Centrum Laserowego Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN) i Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego (FUW). Przygotowane przez nich nagranie, dostępne na stronie http://youtube.com/watch?v=SNTZ7MY2rl8, przedstawia wędrówkę świetlnego pocisku w ekstremalnie wolnym tempie, zbliżonym do znanego miłośnikom fantastyki z ekranów kin.

„Gdyby ktokolwiek chciał sfilmować pojedynczy impuls świetlny, tak by ten poruszał się na filmie równie wolno, co na naszym nagraniu, musiałby użyć kamery pracującej z szybkością miliarda klatek na sekundę” - mówi kierujący zespołem odpowiedzialnym za budowę lasera dr hab. Yuriy Stepanenko.

Jednak kamery rejestrujące jednym ciągiem miliardy klatek na sekundę nie istnieją. Aby sfilmować taki impuls laserowy, naukowcy z Centrum Laserowego IChF PAN i FUW posłużyli się znanym już wcześniej trikiem. Jak czytamy w przesłanym komunikacie, odpowiednio zaadaptowaną kamerę zsynchronizowano z laserem generującym impulsy laserowe z szybkością ok. 10 strzałów na sekundę. Zrobiono to w taki sposób, aby przy każdym kolejnym impulsie kamera rejestrowała obraz minimalnie opóźniony względem poprzedniego.

„Tak naprawdę w każdej klatce naszego filmu widać inny impuls laserowy - wyjaśnia dr Paweł Wnuk. Na szczęście fizyka wciąż pozostawała ta sama. Na nagraniu możemy więc obserwować wszystkie efekty związane z przemieszczaniem się impulsu laserowego w przestrzeni, w szczególności zmiany w oświetleniu otoczenia w zależności od położenia impulsu oraz tworzenie się rozbłysków na ścianach w chwili, gdy światło przechodzi przez rozpraszający je obłok skroplonej pary wodnej”.

Specjaliści z IChF PAN w przesłanym PAP komunikacie tłumaczą, że impuls laserowy, miał tak wielką moc, że praktycznie natychmiast jonizował napotkane atomy. W rezultacie wzdłuż impulsu tworzyło się włókno plazmy – filament. Dzięki odpowiedniemu doborowi parametrów pracy lasera wiązka świetlna lasera nie rozbiegała się w powietrzu a przeciwnie, ulegała samoogniskowaniu. Powodowało to, że impuls mógł się przemieszczać na znacznie większe odległości niż impulsy mniejszej mocy, a przy tym zachowywał swoje pierwotne parametry.

„Warto zauważyć, że choć strzelamy laserem o świetle z zakresu bliskiej podczerwieni, to taka wiązka laserowa propagując się w powietrzu zmienia swój kolor na biały. Dzieje się tak, ponieważ oddziaływanie impulsu z plazmą generuje światło o wielu różnych długościach fal. Odbierane jednocześnie, fale te dają wrażenie bieli” - dodaje dr Stepanenko.

Zdolność impulsów świetlnych z nowego lasera do penetrowania atmosfery na znaczne odległości to cecha, którą warszawscy naukowcy wykorzystali podczas demonstracji lidaru - przyrządu, który może być stosowany do zdalnych badań zanieczyszczenia atmosfery. "Fakt, że impulsy podczas przelotu generują światło białe, jest w tym kontekście istotną zaletą. Światło o różnych długościach fal oddziałując z atomami i cząsteczkami w powietrzu jest w stanie dostarczyć znacznie bogatszej informacji. Oznacza to, że lidar zbudowany z użyciem nowego lasera będzie mógł wykrywać większą liczbę pierwiastków i związków chemicznych zanieczyszczających atmosferę" - czytamy w przesłanym PAP komunikacie.

PAP - Nauka w Polsce

ekr/ agt/