Sinds de introductie in de film "Star Wars, " de Death Star is een van de meest iconische figuren van science fiction gebleven. Het beeld van de vernietiging van Alderaan door toedoen van de superlaser van de Death Star staat in het geheugen van miljoenen fans gebrand.

Wetenschappers en laserexperts hebben beweerd dat deze superbeam nooit zou kunnen werken vanwege de eigenschappen van lasers - de theorie zegt dat in plaats van hun energie te convergeren en te combineren, ze de balken zouden gewoon door elkaar heen gaan.

Dat was waar - tot nu toe. Een team van onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) heeft een plasma - een geladen mengsel van ionen en vrije elektronen - aan het concept toegevoegd en met succes verschillende afzonderlijke lasers gecombineerd tot een superbeam. Dit werk is onlangs gepubliceerd in Natuurfysica , en is een volgende stap in de 50-jarige geschiedenis van leiderschap van LLNL op het gebied van laseronderzoek en -ontwikkeling.

Hoewel deze superbeam niet zo "super" is als die in sciencefiction, het staat als een belangrijke prestatie - voor de eerste keer, negen van de 192 laserstralen van de National Ignition Facility (NIF) werden gecombineerd om een ​​gerichte lichtpuls te produceren die bijna vier keer de energie was van een van de afzonderlijke stralen. Gebruikmakend van de expertise van LLNL op het gebied van onderzoek en ontwikkeling op het gebied van optica, het team gebruikte een door Livermore ontworpen plasma-optiek om de bundels te combineren en deze eerste demonstratie in zijn soort te produceren.

In bepaalde experimentele configuraties, doelen kunnen alleen worden aangedreven door een enkele straal. Elke straal heeft een limiet voor de hoeveelheid energie die hij kan leveren. Door meerdere balken in één te combineren, De plasmabundelcombiner van LLNL kan die limiet doorbreken en deze experimenten in nieuwe natuurkundige regimes duwen. Van stralen met hoge energie en fluentie wordt verwacht dat ze een reeks toepassingen zullen bevorderen, waaronder geavanceerde röntgenbronnen en studies van de fysica bij extreme intensiteiten.

"In hoogenergetische lasersystemen, die conventionele vaste optica gebruiken, de maximale fluentie (energiedichtheid) wordt beperkt door de beschadiging van het materiaal, " zei Robert Kirkwood, de hoofdauteur op het papier en programmatic lead voor de campagne. "Omdat een plasma van nature zo'n materiaal met een hoge energiedichtheid is, je vernietigt het niet. Het kan extreem hoge optische intensiteiten aan."

"Beam combineren is onlangs gedaan met solid-state lasers, maar werd beperkt door typische standaardoptieken, " voegde Scott Wilks toe, co-auteur en een van de ontwerpers van de campagne. "Vanwege deze plasma-optiek, we kunnen een enorme hoeveelheid energie in een zeer kleine ruimte en tijd stoppen - serieuze energie, in een goed gecollimeerde (gefocusseerde) bundel."

Laseronderzoek en -ontwikkeling dringen nieuwe regimes van macht en energie binnen, die worden beperkt door conventionele solid-state optica. Echter, het gebruik van een plasma-optiek kan contra-intuïtief lijken.

"Plasma is over het algemeen slecht voor lasers - het is de vloek van ons bestaan. Het team heeft dat op zijn kop gezet en gebruikt opzettelijk plasma's voor een voordeel, " zei Brent Blauw, co-auteur en programmamanager National Security Applications bij NIF.

Plasma veroorzaakt over het algemeen instabiliteit in combinatie met intense laserstralen. Echter, door een instabiliteit te beheersen die de overdracht van energie veroorzaakt wanneer bundels elkaar kruisen, de onderzoekers waren in staat om de energie van meerdere stralen te combineren tot een enkele krachtige straal.

"We weten dat plasma licht kan afbuigen en de richting van de energiestroom kan veranderen, maar het was moeilijk om het op een zeer precieze manier te doen, "Zei Kirkwood. "Hier hebben we aangetoond dat we optische instabiliteiten in plasma kunnen beheersen, zodat in plaats van willekeurig energie te verspreiden, ze plaatsen het waar we het willen en doen dat met goede collimatie en hoge intensiteit, het produceren van een heldere straal die kan worden afgegeven aan een ander doel. We kunnen nu controleren en voorspellen wat het plasma doet, vrij nauwkeurig."

Overstappen op een nieuw optisch materiaal met een veel hogere schadedrempel dan alles wat eerder werd gebruikt, opent de deur naar hogere intensiteiten en energieën. Ergens naar uitkijken, het team is van plan het experiment op te schalen in de hoop tot 20 bundels in één te combineren.