Разработанная в Самаре лазерная установка может помочь в борьбе с астероидами

В стенах Самарского университета впервые в России запущен новый тип лазера.

Ученые Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева совместно со своими российскими и зарубежными коллегами разработали и испытали первую в России экспериментальную лазерную установку нового типа, позволяющую создавать компактные лазеры мегаваттной мощности. На основе подобных лазерных установок в перспективе возможно создание глобальных систем противоастероидной защиты, а также компактные и мощные источники когерентного излучения для применения в промышленности.

В настоящее время в мире активно ведутся поиски новых принципов построения мощных и компактных лазеров. Лазер с оптической накачкой на метастабильных атомах инертных газов создан учеными Самарского университета в кооперации с Самарским филиалом Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) и университетом Эмори (Emory University, США) в рамках вузовской научно-исследовательской лаборатории «Структура и динамика квантовых систем» под руководством американского профессора Майкла Хэвена.

Экспериментальная работа по созданию нового лазера началась в США и России в 2012 году. Ученые Самарского университета совместно с коллегами из Самарского филиала ФИАН в августе 2019 года завершили разработку экспериментальной установки и первый же ее запуск подтвердил их теоретические расчеты. В настоящее время в мире всего пять действующих подобных установок - одна в Самарском университете, остальные четыре - в крупных научных центрах США. Еще одна находится сейчас в процессе сборки в лазерном центре в китайском городе Ухань. В предложенной Майклом Хэвеном схеме в качестве эффективной оптической накачки используется излучение диодных лазеров, при этом в разрядной камере атомы инертных газов – неона, аргона, криптона, ксенона - переводятся в метастабильное возбужденное состояние в плазме, создаваемой электрическим разрядом при давлении порядка атмосферного. В такой газовой среде формируется гораздо более мощный и качественный лучевой поток, чем в существующих полупроводниковых лазерах, осуществляющих оптическую накачку.

«Предложенное сочетание технологий позволяет создать компактный лазер, который способен выдавать непрерывное излучение мощностью до нескольких мегаватт, - отметил профессор Майкл Хэвен. - Кроме того, активная среда такого лазера содержит только инертные газы, что существенно упрощает техническую реализацию и позволяет создать химически инертный вариант лазерной установки - в отличие от лазеров на парах щелочных металлов».

Созданная самарскими учеными установка является лабораторной и будет пока использоваться для выявления оптимального способа получения метастабильных атомов инертных газов и эффективных режимов лазерной генерации. «Сейчас, когда мы создали собственно установку, мы будем экспериментально изучать физические принципы построения такой системы - как проводить оптическую накачку, как мощность разряда влияет на концентрацию метастабильных атомов аргона, как зависит концентрация метастабильных атомов инертных газов от давления смеси», - прокомментировал ведущий научный сотрудник лаборатории «Физика и химия горения» Самарского университета Павел Михеев.

Как отмечают ученые, по своим энергетическим свойствам подобные установки близки к космическим бластерам, описываемым в фантастических романах, и могут использоваться при создании в будущем систем противоастероидной защиты Земли. Компактные мощные лазеры также могут быть востребованы в различных сферах промышленности, в том числе для обработки материалов, измерения расстояния между объектами и решения других задач.