Компактный оптический усилитель нового поколения был создан учеными-физиками из Центра изучения лазеров Института физической химии польской Академии наук и физического факультета Варшавского университета. Созданная ими установка является чрезвычайно эффективной и достаточно компактной, она может быть размещена на обычном рабочем столе. Тем не менее, эта лазерная установка может произвести импульсы света, моментальная мощность которых составляет около 10 тераватт.

У людей, непосвященных в тонкости лазерной техники, может возникнуть резонный вопрос — может ли настольная установка оперировать мощностями, сопоставимыми с суммарной мощностью всех электростанций на земном шаре? Ответом на этот вопрос является ответ — «Да, конечно может, но только в короткоимпульсном режиме». Новый лазер, созданный польскими учеными, формирует импульс света, мощностью в 10 тераватт, длительность которого составляет несколько фемтосекунд, и создание этого нового лазера является большим шагом на пути к созданию компактных, относительно недорогих и мощных лазерных устройств, которые могут произвести революцию в некоторых областях науки и медицины.

«В теории эффективность параметрических оптических усилителей может достигать значений в 50 процентов. На практике, лучшие экземпляры таких усилителей имеют эффективность не более 30 процентов. Мы тоже достигли такого же уровня эффективности, но размеры нашего устройства во много раз меньше, чем размеры других подобных усилителей света» — рассказывает доктор Юрий Степаненко (Yuriy Stepanenko), — «В ближайшие месяцы мы будем стремиться увеличить эффективность работы нашего лазера еще на несколько процентов. Вместе с эти мы планируем поднять мощность импульса лазерного света до нескольких десятков тераватт».

Большинство лазеров, которые способны произвести сверхкороткие, но чрезвычайно мощные импульсы света, усиливают свет с помощью кристаллов из чистого сапфира, легированного ионами титана. Для накачки кристалла такого лазера энергией используется свет другого лазера. Такой подход имеет множество недостатков, главным из которых является выделение большого количества паразитного тепла, приводящее к существенному нагреву кристалла, что в свою очередь становится причиной его деформации и искажения формы вырабатываемого лазерного луча. Из-за этого такие лазерные системы требуют мощных систем охлаждения кристаллов, а промежутки времени между вырабатываемыми импульсами достаточно длинны.

Польские ученые, создавая свой лазер, использовали несколько иной подход, заставив работать в своих целях нелинейные оптические эффекты. Нелинейные параметрические оптические усилители могут эффективно переносить энергию света непосредственно от лазера накачки в вырабатываемый ими луч света. Поскольку преобразование энергии производится без промежуточных этапов, в нелинейных оптических системах практически отсутствуют эффекты паразитного тепловыделения, а такие системы, с помощью кристаллов, длиной всего в несколько сантиметров, могут обеспечить производство мощных импульсов света с крайне высокой частотой, несколько миллионов раз в секунду. Все это позволило создание действительно компактной лазерной системы, умещающейся в размерах обычного стола. Этот первый лазер будет использован для создания мощного источника рентгеновского излучения, который будет производить протоны и вторичное нейтронное излучение для их использования в различных научных экспериментах.

Конечной целью исследований, проводимых польскими учеными, является создание лазерной системы, мощность импульса которой будет составлять 200 тераватт и выше. Такие мощные импульсы света могут использоваться для ускорения протонов и нейтронов до огромных скоростей, которые могут применяться для разрушения клеток раковых опухолей. Конечно, сейчас уже существуют подобные протонные установки, но они требуют создания мощных и сложных линейных ускорителей, что делает такое протонное лечение онкологических заболеваний крайне дорогостоящим и потому недоступным для большинства пациентов.