Quando eri un bambino, potresti aver usato una lente d'ingrandimento per focalizzare la luce del sole su un punto sul marciapiede. La lente della lente d'ingrandimento permetteva di concentrare l'energia del sole facendo convergere i raggi luminosi su un punto.
Dì invece di focalizzare la luce del sole sul terreno, volevi focalizzare la luce su un pezzo di carta. Quindi immagina che quel pezzo di carta si stesse muovendo. Se vuoi mantenere l'attenzione sulla carta, potresti muovere la lente (la lente d'ingrandimento) o potresti far muovere la messa a fuoco (la concentrazione della luce). Consentire al focus di muoversi crea un concetto noto come focus volante.
Per la prima volta, i ricercatori del Laboratorio per l'energia laser (LLE) dell'Università di Rochester hanno trovato un modo per utilizzare la messa a fuoco volante per controllare meglio l'intensità dei laser su lunghe distanze. La loro tecnica include la cattura di alcuni dei filmati più veloci mai registrati e ha il potenziale per aiutare i ricercatori a progettare la prossima generazione di laser ad alta potenza o a produrre sorgenti luminose con nuove lunghezze d'onda. La prossima generazione di laser ad alta potenza potrebbe essere abbastanza potente da generare particelle dal vuoto, mentre le sorgenti luminose potrebbero produrre nuovi fasci di terahertz per lo studio di materiali e molecole complessi.
I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati in un articolo in Fotonica della natura .
"Le persone potrebbero aver prodotto involontariamente un focus volante in passato, ma questa è la prima volta che il fuoco volante è stato riconosciuto come un modo utile per manipolare la velocità focale, "dice Dustin Froula, uno scienziato senior alla LLE e un assistente professore di fisica a Rochester.
La cornice superiore mostra cosa succede quando tu, ad esempio, usa una lente d'ingrandimento per dirigere tutti i colori della luce del sole, disposti dal blu (lunghezza d'onda più corta) al rosso (lunghezza d'onda più lunga), verso un singolo punto focale (la linea verde verticale). Tutti i colori si sarebbero concentrati lì e si sarebbero fermati. Il fotogramma inferiore mostra cosa succede quando i ricercatori usano una lente con messa a fuoco volante per dirigere tutti i colori da un raggio laser, dal blu al rosso, consentendo a ciascun colore di raggiungere un punto focale diverso. Il blu si concentrerebbe per primo e poi questo focus si sposterebbe all'indietro sul rosso. L'attenzione non si ferma, ma invece si muove.
"Questo risulta essere super potente, " Dice Froula. "La messa a fuoco volante ci consente di avere quell'alta intensità su centinaia di volte la distanza di quanto potessimo prima. In questo momento stiamo cercando di realizzare la prossima generazione di laser ad alta potenza e la messa a fuoco volante potrebbe essere quella tecnologia abilitante".
La tecnica sviluppata dai ricercatori LLE consente loro di effettuare misurazioni acquisendo filmati del punto focale in movimento a una velocità di un trilionesimo di fotogramma al secondo, uno dei filmati più veloci mai registrati.
Froula e i suoi colleghi hanno ottenuto questo risultato utilizzando un laser a impulsi brevi e una lente diffrattiva, realizzato da Terry Kessler, un leader del gruppo di scienze ottiche e di imaging presso l'LLE.
"Ci sono solo alcuni di questi obiettivi al mondo e tre di loro sono stati costruiti al LLE da Terry e dal suo team più di 10 anni fa come parte del progetto OMEGA EP, " dice Froula. "Il nostro gruppo di fisica del plasma ha deciso di progettare un esperimento che misurasse la propagazione di un punto focale a qualsiasi velocità, di cui 50 volte la velocità della luce. Ciò richiedeva una diagnostica in grado di realizzare un film con fotogrammi a un trilionesimo di secondo".
Froula afferma che il supporto cooperativo del Laser Science Team di LLE ha contribuito a raggiungere questa impresa:"I gruppi interdisciplinari collaborativi di LLE hanno permesso a questo nuovo concetto di diventare realtà e stanno conducendo scoperte in molte applicazioni laser-plasma".
