Сегодня 29 февраля 2024
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Теги → лазер
Быстрый переход

Физики впервые «сфотографировали» в капле воды возбуждённый рентгеном электрон

Американские учёные только что прорубили окно в новую область экспериментальной физики. Они смогли получить энергетический образ движения электрона вокруг атома водорода в капле воды ещё до того, как атом пришёл в движение. До сих пор у учёных не было инструментов для подобной детализации процессов в веществе, что раскроет больше деталей о физике и химии многих процессов и, особенно, о радиационном воздействии на живые клетки.

 Источник изображений: PNNL

Источник изображений: PNNL

В эксперименте, отдалённо похожем на съёмку замедленного видео, учёные выделили энергетическое движение электрона, одновременно «заморозив» движение гораздо более крупного атома, вокруг которого вращался целевой электрон, сделав это в образце обычной жидкой воды. О своей работе учёные сообщили в статье в журнале Science. Работа в основном была направлена на изучение высокоэнергетического излучения на живые клетки, что нужно для космоса, радиотерапии опухолей и не только.

«Химические реакции, вызванные излучением, которые мы хотим изучить, являются результатом электронного отклика мишени, который происходит в аттосекундном масштабе времени», — пояснила Линда Янг (Linda Young), старший автор работы и заслуженный научный сотрудник Аргоннской национальной лаборатории. — До сих пор радиохимики могли определять события только в пикосекундном масштабе времени, что в миллион раз медленнее, чем аттосекунда. Это всё равно, что сказать "я родился, а потом умер". Вы хотели бы знать, что происходит в промежутке? Это то, что мы сейчас можем сделать».

Чтобы добиться результата, межведомственная группа учёных из нескольких национальных лабораторий Министерства энергетики США, а также университетов США и Германии объединила эксперименты и теорию, чтобы в режиме реального времени выявить последствия воздействия ионизирующего излучения от источника рентгеновского излучения на вещество. Исследование проводилось при поддержке Центра пограничных энергетических исследований межфазной динамики в радиоактивных средах и материалах (IDREAM), с финансовой поддержкой Министерства энергетики США в штаб-квартире в Тихоокеанской Северо-Западной национальной лаборатории (PNNL).

Не секрет, что субатомные частицы, например, электроны, движутся так быстро, что для фиксации их действий требуется датчик, способный измерять время в аттосекундах. Это настолько быстро (или мало), что в каждой секунде, например, больше аттосекунд, чем прошло секунд за всю историю Вселенной.

Проведённое авторами исследование опирается на открытие и создание аттосекундных рентгеновских лазеров на свободных электронах, за что в прошлом году, в частности, была присуждена Нобелевская премия по физике. В Национальной ускорительной лаборатории SLAC есть источник такого света (LCLS), чем воспользовались экспериментаторы.

 Экспериментальная установка, создающая тончаштую плёнку воды шириной около 1 см

Экспериментальная установка, создающая тончайшую плёнку воды шириной около 1 см

В качестве тестового образца для эксперимента была выбрана обычная жидкая вода. Первый аттосекундный импульс возбуждал электроны, а второй измерял отклик. Это позволило отреагировать датчикам настолько быстро, что возбуждённое состояние электрона проявило себя ещё до того, как атом водорода в молекуле пришёл в движение. Раньше в процессе подобного наблюдения с помощью импульсов большей длительности картина была настолько смазанной, что учёные предполагали существование ряда промежуточных состояний. Аттосекундный лазер показал, что промежуточных состояний нет — это всё миражи или помехи.

«Теперь у нас есть инструмент, с помощью которого, в принципе, вы можете следить за движением электронов и видеть только что ионизированные молекулы по мере их образования в режиме реального времени», — резюмировали достижение авторы исследования.

Учёные превратили стекло в солнечную панель с помощью одного только лазера

Учёные из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) вместе коллегами из Токийского технологического института обнаружили удивительное явление. Кратковременное воздействие фемтосекундным лазером на теллуритовое стекло превращало его в полупроводник, чувствительный к свету. Тем самым можно производить фоточувствительные стёкла без каких-либо дополнительных материалов и усилий, что учёные в шутку сравнили с алхимией.

 Источник изображения: EPFL

Источник изображения: EPFL

«Это фантастика, мы на месте превращаем стекло в полупроводник с помощью света, — сказал один из авторов исследования Ив Беллуар (Yves Bellouard). — По сути, мы превращаем материалы во что-то другое, возможно, приближаясь к мечте алхимика».

Учёных заинтересовало поведение атомов в теллуритовом стекле (TeO2) при воздействии на него сверхбыстрых импульсов высокоэнергетического лазерного излучения. Они обнаружили, что лазер в месте падения луча создаёт в толще стекла крошечные кристаллы полупроводниковых материалов теллура и оксида теллура. Это означает, что обработанные таким образом участки могут вырабатывать электричество под воздействием дневного света.

«Интересный поворот в этой технологии заключается в том, что в процессе не требуется никаких дополнительных материалов. Всё, что вам нужно — это теллуритовое стекло и фемтосекундный лазер для создания активного фотопроводящего материала», — добавил учёный.

В ходе эксперимента на полученный из Японии 1-см диск теллуритового стекла лазером был нанесён штриховой рисунок. Под воздействием света от ультрафиолетового и до видимого диапазона обработанный участок вырабатывал электрический ток, оставаясь месяцами стабильно работающим. Точно также на стекле можно создавать светочувствительные датчики и другие полупроводниковые схемы, используя для этого только источник лазерного света.

Рисунок можно наносить на месте на уже установленное стекло, превращая его в умное с необходимой функциональностью. Правда, обычные оконные стёкла для этого не подходят. Но если технологию подхватят производители, то это может привести к революции в архитектуре.

Ученые успешно протестировали лазерную зарядку для спутников

Лазерный луч можно использовать не только для передачи данных в космосе и для поражения целей. Его энергии хватит, чтобы зарядить аккумуляторы небольших спутников, рои которых обещают появиться на орбите. Солнечные батареи нецелесообразно использовать для их питания, а направленный энергетический луч — вполне.

 Источник изображения: WiPTherm

Источник изображения: WiPTherm

Четыре года назад в Европейском союзе создали консорциум по разработке системы беспроводного питания наноспутников. В него вошли пять организаций: португальский Институт физики перспективных материалов, нанотехнологий и фотоники (IFIMUP), факультет естественных наук Университета Порту, также португальский Центр нанотехнологий и интеллектуальных материалов (CeNTI), Европейский центр исследований и разработок, базирующийся в Португалии, Институт системной и компьютерной инженерии, технологий и науки (INESC TEC), а также Университет Лиможа (Франция) и Университет Виго (Испания).

Консорциум начал работать над проектом Innovative Wireless Power Devices Using Micro-Thermoelectric Generators Arrays (WiPTherm). Основной целью проекта WiPTherm было создание инновационной системы беспроводной передачи энергии, которая могла бы заряжать компоненты накопителей энергии на спутниках микро- и наноразмеров. Интересно отметить, что выбор был сделан в пользу термоэлектрических, а не фотоэлектрических приёмных систем.

Группа разработала приёмник и оптическую систему с использованием массива линз и 27 термоэлектрическими датчиками. В качестве передатчика энергии был взят за основу 1550-нм лазер, обычно использующийся для оптоволокна. Согласно целям проекта, группа должна была создать 40-Вт источник энергии с далёкой перспективой добиться передачи по лучу 1 кВт энергии.

Недавняя демонстрация технологии на авиабазе Сан-Хасинту в Авейру (Португалия) подтвердила жизнеспособность разработки, хотя мощность луча на выходе достигла всего 20 Вт. Попав на датчики, лазер создал перепад температуры, и это привело к протеканию электрического тока в системе приёмника. С учётом перспектив обуздания излучения мощностью до 1 кВт крепнет ощущение, что это технология двойного назначения. Для наземных и даже воздушных целей она не будет представлять опасности, но для объектов на орбите может создавать угрозу.

С точки зрения питания микроспутников по лазерному лучу идея достаточно здравая. Один большой корабль на высокой орбите, где Земля никогда не заслоняет Солнце, способен будет питать десятки, сотни и, скорее всего, тысячи мелких аппаратов, поддерживая работу их систем и даже питая электрорактные ионные двигатели.

Первые боевые испытания лазерного оружия прошли в Великобритании

Великобритания провела первые боевые испытания лазерного оружия с высокой мощностью против воздушной цели. Предполагается, что проведённые стрельбы откроют путь к созданию недорогой альтернативы ракетам ПВО для уничтожения таких целей, как военные беспилотники.

 Источник изображений: Министерство обороны Великобритании

Источник изображений: министерство обороны Великобритании

Во время испытаний на Гебридских островах лазерная установка DragonFire уничтожила приближающиеся беспилотники с расстояния в несколько миль, что, по мнению экспертов, стало важной вехой для британских военных, сообщает The Times. Испытания прошли на полигоне в Шотландии, и британское министерство обороны «важным шагом» на пути к принятию технологии на вооружение. Министр обороны Грант Шаппс (Grant Shapps) заявил, что технология может снизить «зависимость от дорогостоящих боеприпасов, а также уменьшить риск сопутствующего ущерба».

По словам представителей министерства обороны Великобритании, лазерное оружие DragonFire достаточно точно, чтобы поразить монету в 1 британский фунт с расстояния в километр. Диаметр данной монеты составляет всего 23 мм.

Также было отмечено, что как британская армия, так и флот рассматривают возможность использования лазерного оружия в своих перспективных системах противовоздушной обороны (ПВО). Заметим, что Великобритания станет не первой страной, которая использует лазеры в качестве оружия — ВМС США уже установили лазерные системы ПВО от Lockheed Martin на нескольких кораблях.

Заметим, что главным средством ПВО сейчас являются ракеты. Причём применяемые в таких системах боеприпасы могут быть гораздо дороже уничтожаемых ими беспилотников: некоторые из таких ракет стоят миллионы долларов, тогда как беспилотник может стоить лишь несколько тысяч.

По данным минобороны Великобритании, 10-секундная стрельба из системы DragonFire по стоимости эквивалентна использованию обычного бытового обогревателя в течение часа. Также было отмечено, что стоимость эксплуатации системы обычно не превышает 10 британских фунтов ($12,7 или 1130 рублей) за выстрел.

Лазерное оружие, которое официально называется «энергетическое оружие с лазерным наведением» (LDEW) использует мощный световой луч для поражения цели и может наносить удары в буквальном смысле со скоростью света.

Дальность действия системы DragonFire засекречена, но это оружие прямой видимости, то есть оно может атаковать любую видимую цель в пределах досягаемости. Система разрабатывается Лаборатории оборонной науки и техники (Defence Science and Technology Laboratory — DSTL) совместно с промышленными партнерами по заказу минобороны Великобритании.

Руководитель DSTL доктор Пол Холлинсхед (Paul Hollinshead) сказал: «Благодаря этим испытаниям мы сделали огромный шаг вперед в реализации потенциальных возможностей и понимании угроз, которые несет в себе оружие направленной энергии». Также было отмечено, что оружейная система DragonFire — результат совместных инвестиций минобороны и промышленности Великобритании в размере 100 миллионов фунтов стерлингов.

В Бельгии создали светодиоды из перовскита с яркостью в тысячу раз большей, чем OLED

Учёные из бельгийского исследовательского центра Imec создали настолько яркие светодиоды из перовскита (PeLED), что они оказались в тысячу раз мощнее светодиодов из органических материалов. Спонсируемая структурами Европейского союза разработка обещает приблизить появление нового типа полупроводниковых лазеров на PeLED, что подтолкнёт развитие проекционных и зондирующих систем в жизни, медицине и промышленности.

 Прототип сверхъяркого светодиода из перовскита на сапфировой подложке. Источник изображения: Imec

Прототип сверхъяркого светодиода из перовскита на сапфировой подложке. Источник изображения: Imec

Перовскиты — особые соединения полупроводниковых материалов — уже зарекомендовали себя в сфере фотовольтаики. Они позволяют создавать элементы на гибкой подложке, поддерживают высокую мобильность электронов и обещают быть недорогими при производстве. Также они рассматриваются как кандидаты в светодиоды. Именно по этому пути пошли учёные из Imec, когда начинали проект ULTRA-LUX.

Главная задача, которая стояла перед учёными, заключалась в обеспечении подвода тока беспрецедентной плотности на малом участке подложки. Исследователи смогли найти решение в виде чередования прозрачных и непрозрачных слоёв металлизации на сапфировой подложке. Достигнутая на прототипе светодиода PeLED плотность тока составила 3000 А/см2.

Старший научный сотрудник Imec и главный исследователь проекта профессор Пол Хереманс (Paul Heremans) пояснил: «Эта новая архитектура транспортных слоёв, прозрачных электродов и перовскита в качестве полупроводникового активного материала может работать при плотности электрического тока в десятки тысяч раз выше (3 кА/см2), чем у обычных OLED».

Целью исследователей не является разработка сверхъярких экранов для смартфонов или другой электроники. Они ищут путь к созданию полупроводниковых лазеров на основе перовскита, и проделанная работа подводит их к этому.

«В проекте ULTRA-LUX Imec впервые продемонстрировала архитектуру PeLED с низкими оптическими потерями и накачала эти PeLED до плотности тока, которая поддерживает стимулированное излучение света», — говорят учёные. Это уже шаг в область создания тонкоплёночных инжекционных полупроводниковых лазеров из перовскита, что становится ключевой вехой на пути к созданию лазера для покорения новых высот в проецировании изображений, зондировании окружающей среды, медицинской диагностике и за её пределами.

Когда термояд становится рутиной: в этом году учёные из LLNL трижды запустили реакцию синтеза с положительным выходом энергии

В декабре прошлого года после десятилетий опытов учёные в США впервые добились положительного выхода энергии в процессе термоядерной реакции синтеза с помощью лазерного зажигания. В текущем году эта операция была повторена трижды и каждый раз с превышением энергии выхода над затраченной. Повторяемость стала лучшим доказательством того, что учёные находятся на правильном пути и добьются ещё большего успеха в будущем.

 Источник изображения: LLNL

Источник изображения: LLNL

Сегодня наиболее перспективными термоядерными реакторами считаются токамаки — реакторы с камерой в виде пончиков. Это предопределило выбор проекта для строительства первого масштабного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР во Франции. Но есть и другие способы запустить термоядерную реакцию. Например, с помощью лазеров, если их энергию в достаточной мере сконцентрировать на топливе. В конечном итоге нам надо заставить атомы водорода преодолеть кулоновское отталкивание и сблизиться для начала взаимодействия. Выбранные для этого методы и энергии остаются на выбор экспериментаторов. Это может быть гравитация, температура или излучение.

 Внешний вид мишени — хольраума

Внешний вид мишени — хольраума

Установка National Ignition Facility (NIF) в Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса (LLNL) использует 192 лазера, направленных на мишень с топливом. Топливная таблетка размером меньше перчинки помещается в специальный сосуд — хольраум. Лазеры ударяют в стенки хольраума и возбуждают в них рентгеновское излучение. Топливо находится в оптическом центре рентгеновских и лазерных лучей. Концентрация энергии в сочетании с ударными и инерционными явлениями достигает такого значения, что ядра в топливе начинают сливаться и выделять энергию.

Для извлечения из всего этого практической пользы получаемая на выходе энергия синтеза должны быть выше уровня энергии, затраченной на зажигание. Впервые этого удалось добиться в декабре 2022 года. На мишень упало 2,05 МДж энергии, а в результате реакции учёные получили 3,15 МДж. В то же время необходимо понимать, что на накачку лазеров и поддержку всего оборудования установки ушло на пару порядков больше энергии. Установка лишь показала, что положительный выход возможен на уровне реакции.

 Установка NIF

Установка NIF

Опыт был повторен 30 июля этого года. Значение энергии на выходе достигло 3,5 МДж (по другим данным 3,88 МДж). Это доказало, что декабрьский результат не был случайностью. Затем учёные ещё раз повторили реакцию в октябре и ноябре. Можно даже сказать, что термояд стал для них рутиной. Однако в каждом случае происходит набор данных по течению реакции и настройкам установки, что даёт ценный опыт для практического улучшения как установки, так и процесса.

Уже второй опыт показал, что КПД реакции на комплексе NIF может быть улучшен. В конечном итоге к бесконечной и чистой термоядерной энергии можно будет прийти и по этой дороге, а не только по пути токамаков.

Учёные совершили прорыв в интеграции магнитных материалов в оптику — это открывает путь к миниатюрным лазерам и не только

Новый процесс получения прозрачных магнитных материалов с помощью лазера, разработанный японской исследовательской группой, проложит путь к созданию передовых оптических устройств связи. За счёт инновации появилась возможность интегрировать прозрачные магнитные материалы в оптические схемы. Ранее это считалось весьма сложной задачей.

 Новый процесс получения прозрачного магнитного материала. Источник изображения: Taichi Goto

Новый процесс получения прозрачного магнитного материала. Источник изображения: Taichi Goto

Исследователи из Университета Тохоку в Сендае (Япония) и Технологического университета Тойохаси в одноименном японском городе разработали новый метод создания прозрачных магнитных материалов с помощью лазерного нагрева. Это считается значительным достижением в области оптических технологий и представляет собой новый подход к интеграции магнитооптических материалов в оптические устройства. Таким образом, миниатюризация оптических устройств связи становится возможной.

«Ключ к этому достижению лежит в изготовлении прозрачного магнитного материала — иттриево-железного граната (YIG — разновидность синтетического граната, ферромагнитный материал), замещённого церием (Ce:YIG), с помощью специальной техники лазерного нагрева, — объясняет профессор Таичи Гото (Taichi Goto), ведущий автор недавнего исследования, опубликованного в журнале Optical Materials. — Этот метод решает ключевую проблему интеграции магнитооптических материалов в оптические схемы без их повреждения — проблему, которая препятствует прогрессу в миниатюризации оптических коммуникационных устройств».

Магнитооптические изоляторы необходимы для стабильной оптической связи и выступают в качестве управляющих элементов, которые могут перемещать световые сигналы в одном направлении, но не в другом. Это позволяет обеспечить стабильную симплексную связь.

Поскольку такая интеграция может быть достигнута только с помощью высокотемпературных процессов, решение этой проблемы долгое время считалось сложной задачей. Профессор Гото и его коллеги решили эту проблему с помощью лазерной закалки. Это метод, при котором определенные участки материала нагреваются лазером очень избирательно. Такой нагрев позволяет осуществлять точный контроль места нагрева, поскольку нагреваются только выбранные участки, не затрагивая окружающие области.

Кроме того, чтобы избежать химического воздействия окружающего воздуха на соответствующий материал, команда разработала новое устройство, которое нагревает материалы в вакууме с помощью лазера. Это позволит точно нагревать очень маленькие участки размером около 60 микрометров без изменения структуры окружающего материала.

Профессор Гото и его команда ожидают, что «прозрачный магнитный материал, полученный с помощью этого метода, значительно улучшит разработку компактных магнитооптических изоляторов, которые необходимы для стабильной оптической связи». Новый метод также открывает «возможности для разработки мощных миниатюрных лазеров, дисплеев высокого разрешения и небольших оптических устройств», — резюмирует профессор.

Зонд «Психея» передал на Землю видео с котиком по лазерному лучу с расстояния 31 млн км

NASA сообщило, что впервые из глубокого космоса по лазерному лучу передано видео в высоком разрешении. Дальность передачи в 80 раз превысила расстояние между Землёй и Луной и составила 31 млн км. Скорость передачи оказалась заметно выше пропускных интернет-каналов на Земле. Видео по лучу загрузилось быстрее, чем его смогли получить в центре управления за несколько сот километров от приёмника.

 Источник изображения: NASA

Источник изображения: NASA

Короткая 15-секундная трансляция была заготовлена заранее. Экспериментальная лазерная установка связи не будет передавать на Землю какие-либо данные с научных приборов станции «Психея» (Psyche). Видео высокого разрешения с котом одного из инженеров проекта было стилизовано под «космический» интерфейс с имитацией жизненных показателей кота по кличке Тейтерс, орбитальных траекторий станции и планет и другими фишками.

Максимальная скорость передачи данных по нисходящему каналу достигала 267 Мбит/с, а минимальная — 62,5 Мбит/с. Закодированный в лазерном луче сигнал принимался установкой, смонтированной на телескопе Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института в округе Сан-Диего, Калифорния. До Земли сигнал путешествовал в космосе 101 секунду. На передачу видео в центр NASA в Южной Калифорнии потребовалось больше времени, чем сигнал шёл в открытом пространстве.

Первый раз станция «Психея» установила лазерную связь с Землёй 14 ноября. Тогда она и центр управления обменялись техническими сигналами на расстоянии 16 млн км. А 11 декабря со станции на Землю впервые по лазерному каналу передали потоковое видео с максимальной скоростью передачи. Это было в 10–100 раз быстрее, чем если бы работать по радиоканалам. Возможность передавать данные с большей скоростью будет востребована во время путешествий к Марсу и дальше. Станция «Психея» как раз во время выполнения своей основной миссии в главном поясе астероидов между Марсом и Юпитером испытает лазерную связь на самом дальнем удалении Земли от Марса.

Во время тестовой передачи команда NASA смогла загрузить по лазерному каналу в общей сложности 1,3 Тбит данных. Для сравнения, миссия NASA «Магеллан» к Венере в течение всей своей программы с 1990 по 1994 год передала 1,2 Тбит информации.

Amazon передала данные в космосе с помощью лазера на скорости до 100 Гбит/с

Компания Amazon сообщила, что успешно испытала канал космической лазерной связи между двумя прототипами интернет-спутников Project Kuiper. Лазерная связь между спутниками связи на орбите позволит абонентам на Земле обмениваться данными с малыми задержками, что позволит пассажирам самолётов, круизных лайнеров и жителям из отдалённых мест получить повсеместный быстрый интернет.

 Источник изображения: Amazon

Источник изображения: Amazon

Группировка спутников связи Amazon Project Kuiper создаётся как конкурент сервиса Starlink компании SpaceX. Впрочем, с учётом спонсирования проекта Amazon Пентагоном, который в 2022 году выдал компании грант на сумму $67 млн для демонстрации оптической спутниковой ретрансляции, группировка Project Kuiper рассматривается военными США как резервная для своих нужд. Это тем более важно, что Amazon также будет предоставлять вычислительные и облачные ресурсы через сеть спутников, на которые военные также подписаны.

«В начале ноября мы установили первые успешные оптические линии связи между двумя нашими прототипами спутников, что позволило нам отправлять и получать данные со скоростью до 100 Гбит/с в течение всего тестового периода продолжительностью час или более», — сообщила Amazon в блоге компании.

В тестовом режиме по лазерному каналу на удаление 1000 км были переданы и приняты разнообразные данные, включая имитацию покупок в онлайн магазинах, просмотр видео в высоком разрешении и прогулки по сайтам.

Компания Amazon не одинока в своём стремлении организовать лазерную связь в космосе. Спутники сети Starlink также обмениваются информацией с помощью лазеров. Работа оптических каналов в вакууме происходит с большей скоростью, чем по волоконным линиям, что добавляет им пропускной способности.

NASA также переходит на лазерную связь в космосе. На борту МКС появилось оборудование для организации лазерного канала связи с Землёй на скорости 1,2 Гбит/с, а чуть раньше была испытана дальняя лазерная космическая связь, когда станция «Психея» передала информацию с расстояния 16 млн км.

Группировка Amazon Project Kuiper начнёт разворачиваться в первой половине 2024 года. Тестирование каналов связи начнётся позже в 2024 году, но только с избранными клиентами. Всего созвездие Kuiper будет насчитывать 3236 спутников.

Cоздан сверхкомпактный ускоритель частиц с энергией в 10 миллиардов электрон-вольт

Учёные из Техасского университета в Остине создали «Усовершенствованный лазерный ускоритель кильватерного поля», который имеет очень компактные размеры, но при этом генерирует высокоэнергетический пучок электронов — до 10 ГэВ или 10 миллиардов электрон-вольт. Это настоящий прорыв в области ускорителей частиц.

Источник изображения: Bjorn «Manuel» Hegelich

Учёные продолжают изучать возможности применения этой технологии, включая потенциал ускорителей частиц в полупроводниковой технологии, медицинской визуализации и терапии, исследованиях в области материалов, энергетики и медицины.

Недавно группа учёных разработала компактный ускоритель частиц, получивший название «усовершенствованный лазерный ускоритель кильватерного поля». Устройство при длине менее 20 метров генерирует электронный пучок с энергией 10 миллиардов электрон-вольт, утверждается в заявлении Техасского университета в Остине. Сам лазер работает в 10-сантиметровой камере, что значительно меньше традиционных ускорителей частиц, которым требуются километры пространства.

Работа ускорителя опирается на инновационный механизм, в котором вспомогательный лазер воздействует на гелий. Газ подвергается нагреву до тех пор, пока не переходит в плазму, которая, в свою очередь, порождает волны. Эти волны обладают способностью перемещать электроны с высокой скоростью и энергией, формируя высокоэнергетический электронный луч. Таким образом получается уместить ускоритель в одном помещении, а не строить огромные системы километрового масштаба. Данный ускоритель был впервые описан ещё в 1979 году исследовательской группой из Техасского университета под руководством Бьорна «Мануэля» Хегелича (Bjorn «Manuel» Hegelich), физика и генерального директора TAU Systems. Однако недавно в конструкцию был внесен ключевой элемент: использование металлических наночастиц. Эти наночастицы вводятся в плазму и играют решающую роль в увеличении энергии электронов в плазменной волне. В результате электронный луч становится не только более мощным, но и более концентрированным и эффективным. Бьорн «Мануэль» Хегелич, ссылаясь на размер камеры, в которой был получен пучок, отметил: «Теперь мы можем достичь таких энергий на расстоянии в 10 сантиметров».

Исследователи использовали в своих экспериментах Техасский петаваттный лазер, самый мощный импульсный лазер в мире, который излучал сверхинтенсивный световой импульс каждый час. Один импульс петаваттного лазера примерно в 1000 раз превышает установленную в США электрическую мощность, но длится всего 150 фемтосекунд — примерно миллиардную долю от продолжительности удара молнии.

Учёные намерены использовать эту технологию для оценки устойчивости космической электроники к радиации, получения трёхмерных визуализаций новых полупроводниковых чипов, а также для создания новых методов лечения рака и передовой медицинской визуализации. Кроме того, этот ускоритель может быть использован для работы другого устройства, называемого рентгеновским лазером на свободных электронах, который может снимать замедленные видеоролики процессов в атомном или молекулярном масштабе. Примеры таких процессов включают взаимодействие между лекарствами и клетками, изменения внутри батарей, которые могут привести к воспламенению, а также химические реакции, происходящие в солнечных батареях, и трансформацию вирусных белков при заражении клеток.

Команда проекта намерена сделать систему ещё более компактной. Они хотят создать лазер, который помещается на столешнице и способен выдавать импульсы множество раз в секунду. Это значительно повысит компактность всего ускорителя и расширит возможности его применения в гораздо более широком диапазоне по сравнению с обычными ускорителями.

Калтех создал революционный миниатюрный лазер: он превратит смартфон в лабораторию, а атомные часы уместит в чип

Инженеры Калтеха (Калифорнийского технологического института) сообщили о создании миниатюрного лазера с блокировкой мод (MLL), схема которого оптимальна для генерации сверхкоротких импульсов. Лазер настолько мал, что поместится в микросхему. Такое решение поможет совершать точнейшие измерения в микромире, что найдёт применение в атомных часах и в аналитических приборах, и даже может найти применение в смартфонах.

 Источник изображения: Alireza Marandi

Источник изображения: Alireza Marandi

«Наша цель — совершить революцию в области сверхбыстрой фотоники, превратив большие лабораторные системы в системы размером с чип, которые можно будет массово производить и применять в полевых условиях, — заявил физик Цюши Го (Qiushi Guo) из Калифорнийского технологического института и Городского университета Нью-Йорка. — Мы хотим не только уменьшить размеры, но и обеспечить удовлетворительные характеристики этих сверхбыстрых лазеров на чипе».

Для точного измерения физических и химических явлений в мельчайших масштабах необходим лазер, обладающий идеальным сочетанием мощности и точности. Большинство лазеров, способных справиться с этой задачей, громоздки, дороги и потребляют много энергии. Новая разработка помещается на кончике пальца, тогда как до этого речь шла о конструкциях размером с лабораторный стол.

Потенциально такие лазеры могут использоваться для самых разных целей: от медицинской визуализации до атомных часов и навигации без помощи GPS. Задача была вместить конкретную схему в достаточно миниатюрные размеры, чтобы лазер на её основе помещался в сумку или даже карман.

Созданный учёными Калтеха миниатюрный лазер — это лазер с блокировкой мод или MLL, который создаёт чрезвычайно быстрые лазерные импульсы за счёт синхронизации фазы. Речь идёт об импульсах длиной в фемтосекунды. Быстрые лазерные импульсы позволяют проводить наблюдения на меньших масштабах и за объектами, которые движутся быстрее, например, за атомами в молекуле. Такие установки в настоящее время в самом лучшем исполнении и с хорошей мощностью довольно большие и требуют значительного количества энергии для работы.

Для создания миниатюрного MLL-лазера учёные использовали такой материал, как ниобат лития в тонкоплёночном исполнении (TFLN). Благодаря ему стало возможным использовать внешние радиочастотные электрические сигналы для точного управления лазерными импульсами. Для создания сверхмалого лазера этот материал был объединен со специальным типом полупроводника, совместимого с TFLN.

Результаты оказались впечатляющими: лазер способен выдавать импульс длиной 4,3 пикосекунды в ближней инфракрасной области с пиковой мощностью около 0,5 Вт. Лазер также оказался универсальным с точки зрения настройки режимов работы, что обещает помочь с его переносом в портативные устройства, которые, правда, ещё предстоит разработать.

«Это достижение открывает путь к использованию сотовых телефонов для диагностики глазных заболеваний или анализа продуктов питания и окружающей среды на наличие кишечной палочки и опасных вирусов, — обещают разработчики. — Это также может позволить использовать атомные часы в масштабе микросхемы, что позволит осуществлять навигацию в условиях, когда GPS скомпрометирована или недоступна».

NASA привезёт на МКС экспериментальный лазер для гигабитной связи с Землёй

Сообщается, что 5 ноября во время очередной доставки грузов на Международную космическую станцию туда будет доставлен комплекс лазерной связи ILLUMA-T. С его помощью будет организован двухсторонний оптический канал через систему ретрансляторов с наземными станциями в США. По-сути — это эксперимент. По факту американский экипаж получит связь с Землёй на скорости до 1,2 Гбит/с.

 Источник изображения: NASA

Источник изображения: NASA

Сегодня обмен данных станции с Землёй осуществляется по радиоканалам через систему спутников-ретрансляторов. В диапазоне S скорость приёма данных наземной станцией достигает 6 Мбит/с. В диапазонах Ku и Ka скорость приёма поднимается до 800 Мбит/с. Переход на лазерные каналы передачи значительно увеличат скорость обмена данными, что важно для проведения всё более сложных научных экспериментов на МКС.

NASA стремится поднять скорость обмена данными не только с орбитальными аппаратами. Более скоростные каналы связи потребуются при освоении Луны и во время полётов к Марсу. Поэтому лазерные блоки связи полетят к Луне в миссии Artemis II на корабле «Орион» (Optical Communications System, O2O) и уже полетели в пояс астероидов на автоматической станции «Психея» (Deep Space Optical Communications, DSOC).

Ретрансляцией лазерных сигналов будет заниматься специально запущенный для этих целей на геосинхронную орбиту спутник-ретранслятор LCRD (Laser Communications Relay Demonstration). Он будет принимать сигналы с МКС и передавать их на наземную станцию на Гавайях. Дальше данные будут передаваться в Центр управления полетами в Нью-Мексико, а оттуда группе наземных операций в Центре космических полетов НАСА им. Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд. Специалистам последнего поставлена задача всесторонне оценить качество лазерной связи и перспективы её использования.

Китай успешно испытал в космосе технологию оптической спутниковой связи для будущих сетей 6G

Группа учёных из Китая объявила о создании устройства связи, которое может сыграть решающую роль в развитии сетей 6G. Оборудование, основанное на «технологии космической оптической коммутации», было выведено для испытаний на орбиту в августе 2023 года. Установленное на спутнике устройство способно передавать световые сигналы без преобразования их в электрические импульсы. Команда Сианьского института оптики и точной механики Китайской академии наук сообщила, что испытания в космосе прошли успешно,

 Источник изображения: Pixabay

Источник изображения: Pixabay

Традиционные коммутационные устройства связи в процессе передачи данных обычно преобразуют световые сигналы в электрические. Но этот традиционный фотон-электрон-фотонный метод имеет эффект «электронного узкого места», в то время как оптический подход может максимизировать скорость и ёмкость систем обмена данными. Новый метод также может снизить затраты на строительство специальных объектов связи.

Команда китайских учёных посвятила более десяти лет разработке устройства, повышающего возможности, гибкость и скорость передачи информации. «Сети связи следующего поколения, включая 6G, выйдут за рамки наземной связи, это должна быть глобальная сеть, включающая спутниковые узлы», — уверены разработчики. Согласно статье, опубликованной ими в прошлом году, новая технология на сегодняшний день поддерживает скорость передачи данных на уровне 40 гигабит в секунду.

Традиционно связь «спутник-земля» базируется на использовании радиосигнала, но скорость передачи данных сравнительно невысока из-за ограниченного диапазона используемых частот. Поэтому в последнее время всё больше внимания уделяется оптическим технологиям обмена информацией, в частности, лазерам. Полоса пропускания лазера потенциально может достигать нескольких сотен гигагерц, что позволяет упаковывать больше данных в каждую передачу.

Учёные уверены, что обычным коммутационным устройствам будет сложно превысить порог скорости передачи данных в 100 Гбайт/с из-за ограничений пропускной способности. Поэтому жизненно важно разработать более совершенную систему оптического обмена информацией. «Это особенно актуально для межпланетной связи, поскольку оптическая коммутация будет более эффективной, быстрой, компактной и дешёвой», — уверены исследователи.

Несмотря на последний прорыв китайской команды, исследователи говорят, что впереди ещё долгий путь до практического применения новой технологии. Спутниковый Интернет в Китае, включая технологию космической оптической коммутации, все ещё отстаёт от США, поскольку в некоторых важнейших компонентах и технологиях доминируют американские предприятия. На данный момент несколько компаний в отрасли, таких как Starlink Илона Маска (Elon Musk), экспериментируют с оптическим способом межспутниковой передачи данных.

Германия завершила годовые морские испытания боевого лазера — он произвёл более сотни выстрелов

Компания Rheinmetall сообщила, что успешно завершила годовые испытания боевого лазера, интегрированного в систему вооружения фрегата F-124 Sachsen «Саксония». За это время лазерная установка произвела более сотни выстрелов, поразив, в основном, небольшие высокоманёвренные цели в виде дронов и их роёв. Мощность установки составляет 20 кВт, но может быть легко доведена до 100 кВт.

 Источник изображения:

Источник изображения: MBDA Deutschland / Rheinmetall

Морские испытания морского боевого лазера на борту «Саксонии» стартовали летом прошлого года. Конструктивно система размещается в стандартном 20-футовом контейнере (6-метровом). Опытная установка состоит из 12 2-кВт волоконных лазеров, мощность которых объединяется в один луч с помощью диэлектрической решётки. При этом происходит некоторая потеря мощности, но зато процесс масштабирования достаточно прост.

Контракт на изготовление прототипа лазера и его интеграцию в боевые системы «Саксонии» ВМС Германии заключили три года назад с компаниями MBDA Deutschland и Rheinmetall. Первая должна была создать модули для обнаружения и сопровождения целей, пульт оператора и обеспечить подключение всего этого к системе управления корабля. Компания Rheinmetall должна была создать сам лазер и системы его наведения, как и сам контейнер и узлы для его силового и интерфейсного подключения к соответствующим узлам фрегата.

За год морских испытаний ВМС Германии провели шесть кампаний, в ходе которых новая лазерная система использовалась против различных целей, некоторые из которых были очень маневренными. В ходе испытаний система совместно с датчиками корабля обнаруживала, отслеживала и обстреливала цели на основе взаимодействия с другими системами «Саксонии» в рамках запрограммированных правил ведения боевых действий.

В общей сложности лазер выполнил более сотни стрельб, завершившихся двумя демонстрационными днями перед высокопоставленными лицами Германии и НАТО.

По данным Rheinmetall, новый лазер предназначен для борьбы с беспилотниками, роями дронов, скоростными катерами и ракетами на очень малой дальности. Последующие модернизации позволят противостоять сверхзвуковым ракетам, реактивным снарядам, а также минометным и артиллерийским снарядам.

Добавим, в США для военно-морского флота уже поставляются серийно изготовленные боевые лазеры мощностью 60 кВт и сухопутные мобильные системы мощностью 300 кВт. Также приняты на вооружение в российской армии сухопутные боевые лазеры «Пересвет».

Немецкий стартап поможет университету из США построить лазерную установку для термоядерного синтеза

Немецкая компания Marvel Fusion и американский Университет штата Колорадо (CSU) объявили о частно-государственном партнёрстве для строительства на территории кампуса CSU Foothills исследовательского комплекса стоимостью $150 млн по созданию мощных лазеров для термоядерного синтеза. Работы на установке NIF в Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса доказали осуществимость и перспективность таких реакций и стали примером для подражания.

 Источник изображения: Pixabay

Источник изображения: Pixabay

Компания Marvel Fusion создана в Мюнхене в 2019 году. Она вобрала в себя ряд лучших европейских специалистов по вопросам термоядерного синтеза. В Европейском союзе в рамках проекта Extreme Light Infrastructure (ELI) давно создаётся и эксплуатируется сеть лабораторий с мощными лазерами, поэтому недостатка в опытных научных сотрудниках нет. Компания Marvel Fusion обещает предоставить американским партнёрам весь свой опыт в сфере лазерного зажигания термоядерных реакций, и дальше будет развивать эту тему вместе с ними.

Университет штата Колорадо тоже может похвастаться высоким научным потенциалом и опытом исследований в сфере лазерных технологий. Новый комплекс планируется создать рядом с лабораторией Advanced Beam Laboratory, построенной в 2013 году на территории кампуса. В новом комплексе зданий будет создано не меньше трёх лазеров мощностью до нескольких петаватт каждый с частотой зажигания десять раз в секунду. Технология Marvel Fusion предполагает, что для создания непрерывной и самоподдерживающейся термоядерной реакции в зону для мишени топливо будет подаваться с заданной периодичностью в виде таблеток. Это позволит гибко управлять рабочей мощностью термоядерного реактора на основе лазерного зажигания.

Университет и компания Marvel Fusion также принимают участие в ряде проектов по американской программе LaserNetUS, которую, со своей стороны, бюджетными средствами поддерживает Министерство энергетики США. Это позволяет партнёрам рассчитывать также на государственную помощь в их работе. Термоядерная энергия обещает бесконечную и чистую энергию и чем больше путей и первопроходцев движутся к этой цели, тем скорее будет результат.


window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Nacon раскрыла, когда выйдет GreedFall II: The Dying World — игра оказалась временным эксклюзивом Steam 39 мин.
Слухи: Embracer продаст Saber Interactive и Gearbox, а ремейк Star Wars: Knights of the Old Republic всё-таки жив 2 ч.
В полку российских СУБД прибыло: SoQoL вышла в релиз 2 ч.
Разработчики Baldur’s Gate 3 поставили Минтару на место и вывели на чистую воду «занятых» персонажей — подробности новой заплатки 2 ч.
Вышел веб-браузер Vivaldi 6.6 — расширения для веб-панелей, принудительный тёмный режим и проч. 3 ч.
Патч 2.12 для Cyberpunk 2077 принёс хорошие новости для владельцев гибридных процессоров Intel и Steam Deck 4 ч.
Meta обвинили в незаконном массовом сборе персональных данных европейских пользователей 4 ч.
«Продолжение, которое мы заслуживаем»: разработчик Indiana Jones and the Great Circle показал, как могла бы выглядеть новая Uncharted на Unreal Engine 5 5 ч.
«Солар» запустила сервис постоянного контроля защищённости внешнего IT-периметра Solar CPT 6 ч.
Alibaba представила нейросеть EMO — она оживляет портреты, заставляя их разговаривать и даже петь 7 ч.
Nextorage выпустила M.2 2280-накопитель объёмом 8 Тбайт — он основан на Phison E18 и стоит около $840 9 мин.
США заподозрили китайские электромобили в шпионской деятельности — начато расследование 3 ч.
Honda «расширила реальность», соединив ради развлечений VR-очки с самоходным креслом на колёсиках 3 ч.
Китайцы отвернулись от iPhone 15 — Apple пытается вернуть их симпатии гигантскими скидками 3 ч.
Представлен смартфон-середнячок Realme 12+ 5G с Dimensity 7050, 50-Мп камерой и 67-Вт зарядкой 4 ч.
Интегрировать ЦОД с системами отопления Великобритании непросто, но в принципе возможно 4 ч.
Индия обзаведётся полупроводниковой промышленностью — на строительство заводов выделено $15 млрд 4 ч.
Meizu представила последний смартфон — 6,79-дюймовый флагман Meizu 21 Pro с ИИ-возможностями 4 ч.
Переговоры о продаже подразделения ЦОД и хостинга компании Atos провалились 6 ч.
Qualcomm представит процессор Snapdragon 8 Gen 4 с ядрами Oryon в октябре этого года 6 ч.