Обнаружен новый механизм генерации когерентного излучения


Когерентное излучение на частоте 22 ТГц по данным моделирования прохождения ударной волы по кристаллу NaCl. Слева показано изменение спектра излучения во времени, а справа - распределение спектра излучения вдоль направления распространения ударной волны. Видно, что когерентное излучение возникает только в пределах самой ударной волны (между пунктирными линиями). Перед фронтом волны и позади нее излучения в этом диапазоне не возникает (рис. с сайта www.llnl.gov)
Когерентное излучение на частоте 22 ТГц по данным моделирования прохождения ударной волы по кристаллу NaCl. Слева показано изменение спектра излучения во времени, а справа — распределение спектра излучения вдоль направления распространения ударной волны. Видно, что когерентное излучение возникает только в пределах самой ударной волны (между пунктирными линиями). Перед фронтом волны и позади нее излучения в этом диапазоне не возникает (рис. с сайта www.llnl.gov)

Принципиально новый потенциальный источник когерентного электромагнитного излучения обнаружен в Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL). Излучение возникает при прохождении ударной волны через диэлектрический кристалл. Это первый механизм генерации когерентного излучения, отличный от лазерного эффекта.

Когерентным называют излучение, все электромагнитные колебания которого совпадают по частоте и фазе. В лазерах это совпадение достигается, когда электромагнитная волна определенной частоты проходит через специальным образом подготовленную среду и усиливается за счет энергии, запасенной в возбужденных атомах. Когерентность придает излучению ряд важных свойств, которые обеспечивают широкую сферу приложения лазерных технологий.

В численных экспериментах, которые были проведены в LLNL, предсказана генерация когерентного излучения принципиально новым способом. Его порождает ударная волна, которая, распространяясь по кристаллу обычной поваренной соли (NaCl), приводит к синхронным колебаниям отдельных ионов и создает волны поляризации. Именно эта переменная поляризация и генерировала электромагнитное излучение в диапазоне от 1 до 100 ТГц (1 терагерц = 1012 герц). Большая часть излучения не обладала свойством когерентности. Однако на ее фоне появляется слабый импульс когерентного излучения, которое исходит только из зоны ударной волны.

Данный результат пока получен только в численных моделях распространения ударной волны в кристалле. Вычисления велись на суперкомпьютере Thunder с пиковой производительностью 23 терафлопса (1 терафлопс = 1012 операций с плавающей запятой в секунду) — 11-е место в мире по текущему рейтингу Top500. Проверить эти предсказания в реальном физическом эксперименте еще предстоит.

Наиболее очевидное практическое приложение обнаруженного эффекта — наблюдение за распространением ударных волн. Это позволит разработать новые методы исследования свойств и состояния различных диэлектрических материалов. Так, например, частота поступающего когерентного излучения определяется скоростью распространения ударной волны и структурой кристаллической решетки материала.

В пресс-релизе LLNL отмечается, что это первый пример генерации когерентного излучения, отличный от обычных лазеров и лазеров на свободных электронах.

Источник: R. J.   Reed et al., Physical Review Letters, 96, 013904 (11 January 2006).

<< Назад