Несовершенство 3D-симулятора нелинейно-оптических явлений в материалах, который в программе создавал тень от цифрового образа лазерного луча, заставило учёных задуматься об эксперименте, который позволил бы настоящему лазерному лучу отбрасывать тень. В обычных условиях такого никогда не происходит — светящиеся объекты и явления не создают теней. Но уникальный эксперимент сделал невозможное, и лазерный луч впервые обзавёлся собственной тенью.

Тень на стенке рубина от зелёного лазера. Источник изображения: Raphael A. Abrahao

Научная работа об открытии принята для публикации в рецензируемом журнале Optica. Эксперимент поставили учёные из Брукхейвенской национальной лаборатории США (Brookhaven National Laboratory, BNL). Опыт стал частью более широкого проекта по изучению нелинейно-оптических свойств материалов.

«Лазерный луч, отбрасывающий тень, ранее считался невозможным, поскольку свет обычно проходит сквозь другой источник света, не взаимодействуя, — сказал руководитель исследовательской группы Рафаэль А. Абрахао (Raphael A. Abrahao). — Наша демонстрация весьма нелогичного оптического эффекта побуждает нас пересмотреть наше представление о тени».

Тень от лазера на экране

Для постановки эксперимента учёные посветили лучом зелёного лазера на одну сторону куба из рубина (популярного для экспериментов с лазером материала). На другую сторону куба перпендикулярно зелёному лучу направили свет интенсивного синего лазера. После этого на противоположной от освещённой синим лазером стороне рубинового куба возникла тень от зелёного лазера. Это была самая настоящая тень: она скользила по экрану вслед за перемещением зелёного луча, повторяя все изгибы экрана.

Схема экспериментальной установки

Как пояснили учёные, зелёный лазер изменял локальные свойства рубина, увеличивая поглощение синего лазера в таких областях (возбуждал в атомах рубина электроны, которые «мешались под ногами» у синего лазера с более короткой длиной волны).

«Наше понимание теней развивалось рука об руку с нашим пониманием света и оптики, — поясняет Абрахао. — Это новое открытие может оказаться полезным в различных приложениях, таких как оптическая коммутация, устройства, в которых свет контролирует присутствие другого источника света, или технологии, требующие точного контроля светопропускания, связанного с мощными лазерами».

Группа учёных из Университета Центральной Флориды (University of Central Florida) получила от структур армии США грант на сумму $1 млн на разработку полупроводникового ультрафиолетового лазера диапазона C. Это самая крайняя и наиболее энергетически мощная часть УФ-спектра, способная уничтожать вирусы и бактерии за считанные минуты. Военных интересует вопрос надёжной дезинфекции помещений и воды, что также будет востребовано в гражданских целях.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.1/3DNews

Грант получили учёные Лиланд Нордин (Leland Nordin) и Лео Шовалтер (Leo Schowalter). Последний совместно с лауреатом Нобелевской премии Хироши Амано (Hiroshi Amano) создал первый УФ-С-лазер в Университете Нагои в 2019 году. Учёные должны разработать техпроцесс выращивания УФ-С-лазеров с минимальными дефектами кристаллической структуры, что позволит повысить срок их службы до более чем 10 тыс. часов. Современные ультрафиолетовые лазеры имеют ограниченный срок службы и не пригодны для широкого использования.

Военные рассчитывают использовать УФ-С-лазеры также для связи вне зоны прямой видимости, для обнаружения взрывчатых веществ и для распознавания биологической и химической опасности. Для гражданского применения наиболее ценным станет возможность быстрой и простой стерилизации помещений, в чём особенно нуждаются больницы. Впоследствии эту технологию можно будет интегрировать в системы умного дома. В отсутствие жильцов одним нажатием кнопки можно будет обеззаразить комнаты от бактерий и вирусов.

Ультрафиолетовый свет от Солнца в диапазоне УФ-С практически не доходит до поверхности Земли. Фактически он опасен для всего живого, поскольку вызывает мутации в биологических тканях. Но эта же особенность позволяет ожидать от УФ-С-лазера превосходных дезинфицирующих свойств, что в свете недавней пандемии и риска новых вспышек просто невозможно переоценить.

Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) сообщило, что провело серию успешных экспериментов по организации оптической связи в околоземном космическом пространстве. Данные передавались со спутника на низкой орбите на спутник ретрансляции на высоте 40 тыс. км. При этом достигнута рекордная для заданных условий скорость передачи в 1,8 Гбит/с, что найдёт отражение в новом уровне управления спутниками дальнего зондирования Земли.

Слева модуль оптической связи для спутника-ретранслятора, справа — для Daichi 4. Источник изображения: JAXA

Сбором данных занимался новейший спутник-шпион Daichi 4 (ALOS-4). Он был запущен на геосинхронную орбиту 1 июля 2024 года. Проверка его работы началась 4 июля, а с 20 августа началось тестирование модуля космической оптической связи. Данные по оптическому каналу принимал экспериментальный спутник LUCAS на солнечно-синхронной орбите на высоте 40 тыс. км. Затем он транслировал их на Землю по обычному радиоканалу. Максимально достигнутая скорость оптической связи между спутниками составила 1,8 Гбит/с, что для созданных условий стало мировым рекордом.

Япония продолжит эксперименты с оптической передачей данных также на других высотах, например, с оптического модуля Кибо на МКС (для НОО 400 км). Оптическая связь с ретранслятором позволит спутникам наблюдения за Землёй подобным Daichi 4 дольше оставаться в режиме реальной передачи данных на Землю. В частности, без ретранслятора связь с Daichi 4 с наземной станцией продолжается всего 1 час, тогда как через LUCAS она продлевается до 9 часов.

Важно отметить, что передача велась в оптическом диапазоне обычных волоконных сетей — 1,5 мкм. В JAXA считают, что это наиболее перспективный путь для развития космической связи — в диапазоне, для которого оборудование выпускается в наибольшем объёме.

Дальность захвата образцов классическим оптическим пинцетом ограничена микрометрами. Учёные из Массачусетского технологического института смогли на порядки увеличить это значение, что навсегда изменит работу с биоматериалами. Более того, устройство с лучом захвата устроено на чипе, а это путь к массовому и недорогому производству портативных биолабораторий.

Источник изображения: MIT

«Эта работа открывает новые возможности для оптических пинцетов на основе чипов, позволяя захватывать и выделять клетки на гораздо больших расстояниях, чем демонстрировалось ранее. Интересно подумать о различных приложениях, которые могут быть реализованы с помощью этой технологии», — сказала Елена Нотарос (Jelena Notaros), профессор MIT в области электротехники и компьютерных наук (EECS).

Благодаря новой разработке дальность действия «притягивающего луча» возросла до 5 мм. Кажется, какая малость? Но по сравнению с микрометрами — это колоссальный прогресс и улучшение. Раньше для манипулирования биоматериалами — фрагментами ДНК или клетками (на большие объекты оптические пинцеты не рассчитаны) — образцы требовалось выкладывать на предметные стёкла, что нарушало стерильность и грозило риском загрязнения. Устройство инженеров MIT бьёт так далеко, что способно работать с образцами не вынимая их из стерильных контейнеров. Надо ли говорить, что это ускорит работу и исследования? Ведь больше не нужно тратить время на мероприятия по обеспечению стерильности.

Добиться настолько выдающегося результата исследователи смогли, когда представили оптический излучатель на чипе в виде фазированной оптической решётки. Это обеспечило точную фокусировку и усиление луча на большей дальности, чем в случае намного более громоздких и дорогих традиционных лазерных оптических пинцетов.

«С помощью кремниевой фотоники мы можем взять эту большую, типично лабораторную систему [оптического пинцета] и интегрировать её в чип. Это отличное решение для биологов, поскольку оно предоставляет им функции оптического улавливания и выщипывания [биоматериалов] без дополнительных затрат на сложную установку объёмной оптики», — поясняют авторы работы, опубликованной в журнале Nature Communications.

В NASA доказали, что устойчивая скорость связи с Марсом по лазерному лучу может достигать 6,25 Мбит/с, даже когда он расходится с Землёй на максимальное расстояние. Это показал опыт с зондом NASA «Психея» (Psyche), с которым сеанс лазерной связи состоялся на удалении 490 млн км. Это была первая лазерная связь в глубоком космосе, что подтверждает возможность перехода на таких расстояниях от радио к оптике и в 100 раз повышает скорость передачи.

Источник изображений: NASA

«Ключевой целью системы было доказать, что снижение скорости передачи данных пропорционально обратному квадрату расстояния, — сказал Аби Бисвас (Abi Biswas), технолог проекта в JPL. — Мы достигли этой цели и передали огромное количество тестовых данных на космический аппарат Psyche и с него с помощью лазера». На первом этапе демонстрации было передано почти 1,4 Тбайт данных.

Вся информация для проверки лазерной связи в глубоком космосе была загружена в память системы заранее. Никакие научные приборы зонда к модулю лазерной связи не подключены. Миссия «Психеи» и связь по лазеру — это разные эксперименты на общей платформе. Сегодня можно констатировать, что опыт полностью удался. Оборудованию с Земли удалось нащупать оптический приёмник зонда на невообразимом расстоянии, как и передатчик «Психеи» смог нацелиться на приёмник на Земле. С радио в этом плане проще — даже направленное излучение имеет большой конус рассеивания. Оптика — это совсем другое дело. Точность попадания должна быть снайперская.

Даже в космосе не обойтись без видео с котиками

Восходящий канал связи с Земли заканчивался лазером мощностью 7 кВт на базе Лаборатории JPL в Тейбл-Маунтин близ Райтвуда, Калифорния. Нисходящий сигнал принимал 5-м оптический телескоп в Паломарской обсерватории Калифорнийского технологического института в округе Сан-Диего, Калифорния. Когда зонд отошёл от Земли на 53 млн км (расстояние ближайшего сближения Земли и Марса), скорость связи по лазеру достигала 267 Мбит/с, что соответствует скорости интернета по широкополосной связи на Земле. Связь не прервалась и оставалась устойчивой и после того, как «Марс разошёлся с Землёй на самое далёкое расстояние» — когда зонд отлетел от Земли на 490 млн км, что произошло к концу июня этого года. Пиковая скорость достигла тогда 8,3 Мбит/с, а устойчивая — 6,25 Мбит/с.

Лазерная связь работала в диапазоне ближнего инфракрасного диапазона. Это примерно в 100 раз быстрее, чем в случае передачи по радио. Для приёма из космоса научных данных от будущих научных станций и обсерваторий это крайне важно. Отправленное в пространство оборудование становится всё более сложным и требовательным к каналам связи. Эксперимент с лазерным оборудованием на борту «Психеи» показал технологическую осуществимость нового подхода. На этом NASA завершило первый этап эксперимента. Лазерное оборудование на зонде будет ещё раз включено и проведёт сеанс связи 4 ноября этого года, чтобы команда миссии убедилась в его способности повторно включаться и оставаться работоспособным как минимум один год.

В ряде случаев системы навигации GPS использовать нельзя или невозможно. Они могут быть скомпрометированы или заблокированы по разным причинам, а также остаются фактором риска в работе автопилотов. Параллельная система навигации без GPS могла бы решить проблему, но пока такие системы размером с комнату. Учёные из США обещают преодолеть эти ограничения и создать доступный миниатюрный «квантовый» компас уже в ближайшее время.

Источник изображения: www.techspot.com

Квантовая навигация строится на так называемой атомной интерферометрии. Частицы ведут себя также как волны, а волны одной и той же частицы могут накладываться друг на друга и отличаться по фазе. Сдвиг по фазе и эффекты интерференции волн измеряются лазером. На атомы действуют силы, например, гравитация, или они ощущают ускорение или торможение, угловой момент и прочее, что измеряется с атомарной точностью — те самые сдвиги фаз и интерференция. Перенос этих данных в наш мир позволяет соотнести измерения со всеми нюансами движения навигационного прибора на транспортном средстве. Это обеспечивает настолько высокую точность навигации, что она может превосходить возможности GPS.

Для точной навигации без GPS необходимы шесть атомных интерферометров, что определяет конечные — немаленькие — размеры платформы. Учёные их Сандийских национальных лабораторий (Sandia National Labs) смогли удивить, разработав сверхкомпактные оптические чипы для привода в действие квантовых систем навигации. Громадные лазерные установки они заменили крошечными фотонными интегральными схемами.

«Используя принципы квантовой механики, эти усовершенствованные датчики обеспечивают непревзойденную точность измерения ускорения и угловой скорости, обеспечивая точную навигацию даже в районах, где GPS недоступен», — утверждают разработчики.

Ключевым элементом для датчиков нового поколения стал модулятор, способный управлять и комбинировать лучи с несколькими длинами волн, получаемыми из одного источника. Тем самым отпадает необходимость в объединении отдельных лазеров (читай — умножать габариты), ведь всю работу может выполнить один лазер, используя для этого схему модулятора.

Помимо намного большей компактности, такие чипы также более устойчивы к вибрациям и ударам. Подобная надёжность позволит использовать квантовые датчики в самых сложных условиях эксплуатации, которые могут вывести из строя современные модели. Фактор стоимости также на повестке дня. Один современный лазерный модулятор легко преодолевает барьер в $10 тыс. Перевод производства на кремниевые пластины с сотнями и более чипов на 200- и 300-мм подложках — это залог снижения стоимости решений и повышение степени их доступности.

Предложенные «квантовые» компасы способны выйти далеко за пределы сферы навигации. Квантовые детекторы масс, к примеру, легко справятся с картографированием скрытых под землёй коммуникаций и сооружений. Они могут оказаться востребованы для оптической связи и квантовых вычислений, в дальномерах и прочем.

В Кургане на складе ТЭЦ впервые в России с помощью мобильного лазерного комплекса (МЛК) провели демонтаж высотной металлоконструкции. Сделано это было с безопасного расстояния в 100 м. Другие применения МЛК включают порезку металлоконструкций под водой, вырубку просек и дезактивацию разливов нефтепродуктов.

Источник изображения: АО «Наука и инновации» / «Росатом»

Лазерный комплекс создан в Троицком институте инновационных и термоядерных исследований (АО «ГНЦ РФ ТРИНИТИ», входит в Госкорпорацию «Росатом»). Оборудование способно производить работы по дистанционной разделительной резке металлоконструкций толщиной до 300 мм при помощи лазерного излучения с расстояния до 200 метров. Комплекс был введен в эксплуатацию в 2020 году.

Недавно МЛК впервые был использован для демонтажа выведенных из эксплуатации высотных металлоконструкций — кранов-перегружателей ТЭЦ в Кургане. С помощью лазерного комплекса специалисты разрезали несущие опоры двух кранов высотой до 40 м и грузоподъёмностью до 32 т. Сложность работ заключалась в близости демонтируемых конструкций к складской инфраструктуре угольного склада на ТЭЦ.

«Наш комплекс обеспечивает оперативные специальные технологические работы и может применяться для решения широкого круга задач, таких как дистанционная разделительная лазерная резка, подводная газолазерная резка, а также для ликвидации техногенных аварий, например, разлива нефтепродуктов. Важно, что в этот раз использование метода дистанционной разделительной лазерной резки позволило с ювелирной точностью провести демонтаж с соблюдением всех требований промышленной безопасности — контейнер с МЛК и персонал находились на расстоянии до 100 м от объекта», — отметил генеральный директор научного института «Росатома» в Троицке Кирилл Ильин.

Демонтаж металлоконструкций на ТЭЦ в Кургане был проведен в партнёрстве с Группой строительных компаний «Реформа». Вероятно, МЛК будут взяты на вооружение компанией для проведения работ по дистанционному демонтажу.

Мобильный лазерный комплекс (МЛК) создан на основе серийных волоконных иттербиевых лазеров. Комплекс собран на базе контейнера, в котором размещаются оборудование и места для двух операторов. В 2023 году МЛК применялся для утилизации затонувших кораблей на Сахалине (специалисты разрезали корпус судна, находящегося вблизи причала на глубинах до 4 м), а также прошёл испытания по ликвидации аварийных разливов нефтепродуктов (с помощью лазерного излучения специалисты осуществили поджиг горючей смеси с расстояния около 300 метров). А ещё им можно сбивать сосульки и ледяные наросты, но это уже другая история.

Учёные из Стэнфордского университета создали первый в мире практичный титаново-сапфировый лазер в масштабе микросхемы. Современные Ti:sapphire-лазеры в 10 000 раз больше и в 1000 раз дороже, тогда как стоимость производства крошечных лазеров на чипе будет условно копеечная. Такие лазеры подтолкнут развитие квантовых наук, помогут в офтальмологии, нейробиологии и много где ещё, где необходим источник интенсивного света.

Миниатюрный лазер опирается на титаново-сапфировый кубик на фоне 25-центовой монеты. Источник изображения: Nature

Титаново-сапфировые лазеры ценны тем, что они могут перестраиваться в относительно широком спектре когерентного излучения. Для науки и промышленности — это важнейшее качество, имя которому универсальность. Только сегодня подобные установки редкость даже в лабораториях, не говоря о промышленности. Они могут быть размером со средний рабочий стол, не говоря о вспомогательном оборудовании, например, лазерах для накачки, которые тоже стоят немалых денег. В конечном итоге стоимость одного такого лазерного комплекса может достигать полумиллиона долларов США.

Исследователи из Стэнфорда разработали технику создания титаново-сапфировых лазеров микрометрового масштаба. Сначала они нанесли на слой настоящего сапфирового стекла подложку из диоксида кремния (SiO₂), а затем создали поверх подложки объёмное титаново-сапфировое покрытие. Верхний слой травится и шлифуется до толщины в несколько сотен нанометров. На подложке остаётся волновод, как на показанном ниже снимке. Этот волновод работает как усилитель лазерного излучения.

Но самым ценным в разработке стал механизм перестройки лазера. Делается это с помощью дозированного нагрева волновода. В случае экспериментального лазера частоту его работы учёные смогли менять в пределах длин волн от красного до инфракрасного: от 700 до 1000 нм. Уменьшение размеров лазера также увеличило его интенсивность и энергоэффективность. Лазером накачки для такой платформы может быть очень маломощный источник.

«Это полный отход от старой модели, — поясняют учёные. — Вместо одного большого и дорогого лазера в любой лаборатории вскоре могут появиться сотни таких ценных лазеров на одном чипе. И всё это можно подпитывать зеленой лазерной указкой».

Министерство обороны Австралии провело демонстрацию самого мощного в мире портативного высокоэнергетического лазерного оружия. Установка размером с чемодан в десять раз дешевле и в десять раз легче аналогичных боевых лазеров. Она весит не более 50 кг и способна физически уничтожать дроны на дальности до 1500 м.

Источник изображений: CPL Jacob Joseph/Australian Army

«Вы нажимаете кнопку, чтобы отслеживать беспилотник, и компьютер берёт управление на себя, затем вы нажимаете другую кнопку, чтобы "нажать на спусковой крючок", совсем как в видеоигре, — пояснил капрал Патрик Фланаган (Patrick Flanagan). — Указательным пальцем вы можете быстро переключать прицел между видеокамерой дрона, центром тяжести или одним из пропеллеров. Требуется всего несколько секунд, чтобы вывести из строя камеру, и две-три секунды, чтобы вывести из строя несущий винт».

Испытания состоялись на танковом полигоне в военном округе Пакапуньял в центральной части штата Виктория. Установка Fractl создана компанией AIM Defence. Её луч диаметром с 10-центовую монету (23,6 мм) способен поразить цель на скорости до 100 км/ч. На дальности до 1000 м возможен поджёг компонентов дрона, а на дальности до 1500 м — только уничтожение датчиков камер.

Оператор сам выбирает, на какой узел дрона должно быть нацелено оружие. Это как работа скальпелем — можно пережечь провода, поразить боеприпас в подвесе или уничтожить пропеллер. За счёт высочайшей точности достигается малый расход энергии — не больше, чем требуется для закипания воды в чайнике, поясняют разработчики.

Дроны стали важным инструментом военных. Боевые лазеры разрабатывались с учётом поражения целей намного большего масштаба. О компактных системах речь не шла, но теперь, судя по всему, им будет отдан приоритет. Созданная в Австралии установка доказала свою эффективность не только при работе по одиночной цели, но также по рою дронов, что только повышает ценность подобных платформ.

Следующее поколение китайских атомных подводных лодок может быть оснащено лазерными двигателями. В теории это позволит подводным кораблям двигаться со скоростью свыше скорости звука в воде и делать это бесшумно. Для этого в корпус будут встроены тысячи оптических излучателей, а 2-МВт лазера будет достаточно для создания тяги в 70 тыс. Н — как у двигателя реактивного самолёта.

Источник изображений: Acta Optica Sinica

О продвижении в разработке лазерных двигателей для подлодок сообщила группа учёных с факультета машиностроения и электроники Харбинского инженерного университета в провинции Хэйлунцзян. Статья опубликована в журнале Acta Optica Sinica и на китайском языке свободно доступна по ссылке.

Саму идею лазерного двигателя для передвижения в воде предложили около 20 лет назад японские учёные. Принцип работы такого двигателя достаточно простой — лазерный луч создаёт плазму на конце излучателя, а та, в свою очередь, создаёт детонационную ударную волну в среде. Вскоре технология была улучшена. Создаваемая плазмой ударная волна должна была воздействовать на микросферы из металла или других материалов. Отстрел микросфер приводил в движение корабль с таким двигателем. Но вскоре энтузиазм иссяк. Эффективность предложенных решений оказалась настолько низкой, что не сулила никакой практически ценной реализации.

По словам китайских учёных, они не сдались. Они разработали теорию и модель лазерного двигателя для подводных лодок, который на три–четыре порядка превзошёл иностранные разработки. Теория и лабораторные эксперименты доказали, что лазер мощностью 2 МВт сможет обеспечить двигателю тягу до 70 тыс. Н (ньютон). Это примерно равно тяге двигателя реактивного самолёта, с чем уже можно работать. При этом двигатель лишается сложных механических частей и становится почти чисто электрическим.

Добиться высочайшей эффективности лазерного двигателя учёные смогли с помощью разработки специальных сопел или «стволов» на концах оптических излучателей. Внутренняя структура сопел позволяет эффективно распространять детонационную ударную волну и отстреливать микросферы наиболее контролируемым образом. Эта технология также обеспечивает вскипание воды по контуру подводной лодки, после чего в действие вступает суперкавитация, которая резко снижает коэффициент сопротивления корпуса воде.

Предложенные двигатели могут использоваться не только для подводных лодок. Они могут стать двигателями для торпед или иного вооружения, а также применяться на гражданских судах. Сейчас всё это кажется какой-то фантастикой. Но если всё работает в лаборатории, то почему бы этому не проявить себя на практике? Вряд ли такое появится через 10 или даже 20 лет, но в чуть более отдалённой перспективе такие двигатели уже не кажутся чем-то невозможным.

Специалисты Троицкого института инновационных и термоядерных исследований (АО «ГНЦ РФ ТРИНИТИ», входит в Госкорпорацию «Росатом») с помощью разработанного ими мобильного лазерного комплекса провели тестовую расчистку просеки от древесно-кустарниковой растительности в зоне размещения линий электропередачи (ЛЭП). Работы были проведены в Новгородской области по приглашению энергетиков компании «Россети Северо-Запад».

Источник изображения: «Росатом»

Это не первый опыт соответствующего подразделения «Росатома» по использованию лазеров для дистанционного устранения препятствий. Ранее эта полностью отечественная разработка показала себя во время демонтажа металлических конструкций, разделяя на части металлоконструкции толщиной до 260 мм на расстоянии до 300 метров. В процессе очистки просеки установка резала деревья до 200 мм за 6 минут. Более того, настройка луча допускает удвоение скорости реза.

При работе с труднодоступными участками ЛЭП расчистка с применением тяжёлой специальной техники может затянуться на несколько дней или даже недель, отмечают в «Росатоме». Технология лазерной резки может сократить время расчистки до нескольких часов. Подробностей об установке нет. Использовать её в тёплое время года, возможно, будет небезопасно из-за риска лесных пожаров. Но в целом использование лазера в решении промышленных задач можно только приветствовать. «Гиперболоид инженера Гарина» спустя сто лет после сочинения Алексея Николаевича Толстого стал реальностью, хотя не совсем такой, как придумал автор.

При поддержке Госкорпорации «Росатом» в рамках научной программы Национального центра физики и математики (НЦФМ) российские учёные создали новую адаптивную оптическую систему, которая с рекордным быстродействием компенсирует влияние атмосферных искажений на лазерное излучение. По результатам исследований опубликована статья в журнале Photonics.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Обычно обработка данных в адаптивной оптической системе происходит с помощью цифровых процессоров общего назначения. В созданной российскими учёными системе данные обрабатываются намного быстрее за счёт использования программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Исходя из контекста, реализовано распараллеливание вычислений, но это не точно.

«Применение ПЛИС позволило нам достигнуть рекордного быстродействия адаптивной системы до 4 кГц в экспериментах в закрытом пространстве, на 200-300-метровой павильонной трассе. В условиях реальной трассы до космического аппарата мы достигли быстродействия больше 2 кГц, что представляет интерес, например, в получении чётких изображений в ходе астрономических наблюдений. Несколько килогерц — это тот уровень, который позволяет нам корректировать искажения излучения в условиях реальной, постоянно меняющейся атмосферы, поэтому и идёт гонка за этими килогерцами», — отметил научный руководитель НЦФМ, сопредседатель направления НЦФМ «Физика высоких плотностей энергии» академик РАН Александр Сергеев.

Источник изображения: «Росатом»

Кроме компенсации атмосферных искажений, что необходимо для астрономических наблюдений с поверхности Земли, система позволяет более эффективно фокусировать лазерное излучение в обычных условиях на земле. В России к 2030 году планируется создать лазерную установку экзаваттной мощности. В одной точке должны будут фокусировать одновременно 12 лазеров. Предложенная система адаптивной оптики сможет так задать фронты волны каждого лазера, что они придут к мишени одновременно. Это создаст наиболее интенсивное воздействие на мишень, что позволит реализовывать передовые лазерные технологии и решать фундаментальные вопросы науки, связанные с пониманием, как ведёт себя вещество в экстремальных, недостижимых ранее условиях.

Министерство обороны Великобритании представило видео первых полевых испытаний лазерного оружия DragonFire. Испытания прошли в январе этого года и стали «значительным шагом вперёд» по пути к высокоэнергетическому оружию. Лазерное оружие первого поколения не будет взято на вооружение. Оно послужит основой для создания второго поколения более мощных боевых лазеров.

Источник изображений: министерство обороны Великобритании

Испытания прототипа британского боевого лазера проекта DragonFire мощностью 50 кВт прошли на полигоне в Шотландии. Как и другие установки такого рода, мощный луч формируется спектральным сложением излучения от нескольких волоконно-оптических каналов от менее мощных твердотельных (полупроводниковых) лазеров. Испытания первого прототипа показали правильность выбранной стратегии и будут положены в основу второго поколения боевых лазеров, которые уже поступят на вооружение. Также стоит задача найти комплектующие для производства боевых лазеров в Великобритании. Сейчас комплектация закупается за рубежом.

Источник изображения: Crown Copyright

Представленное военными видео не даёт полного представления о возможностях системы. Показаны центр управления, работа лазера на стенде и поражение цели на полигоне на открытой местности. Отдельно представлена фотография поражённого лазером миномётного снаряда, но не уточняется, его поразили в воздухе, или на неподвижном стенде (скорее всего — второе). Кроме того, представлен цифровой видеоролик работы установки DragonFire на боевом корабле по уничтожению воздушных беспилотников и малых плавсредств.

Использование боевых лазеров позволит существенно сэкономить на боекомплекте. При наличии стабильного источника питания каждый 10-секундный выстрел будет обходиться примерно в $13. Цель будет поражаться буквально со скоростью света. Система прицеливания позволит поражать 23-мм монету на расстоянии 1 км.

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

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 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 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

«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.