Odpowiedzi udziela film nagrany w Centrum Laserowym Instytutu  Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk we współpracy z Wydziałem Fizyki  Uniwersytetu Warszawskiego.

Testy nowego, kompaktowego lasera wielkiej mocy stały się dla naukowców  z Centrum Laserowego Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk i  Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego (CL IChF PAN i FUW) okazją do  sfilmowania przelotu ultrakrótkiego impulsu laserowego przez powietrze.

Nagranie przedstawia wędrówkę świetlnego pocisku w ekstremalnie wolnym  tempie, zbliżonym do znanego miłośnikom fantastyki z ekranów kin.

„Gdyby ktokolwiek chciał sfilmować pojedynczy impuls świetlny, tak by ten poruszał się na filmie równie wolno co na naszym nagraniu, musiałby  użyć kamery pracującej z szybkością miliarda klatek na sekundę”, mówi dr  hab. Yuriy Stepanenko, kierujący zespołem odpowiedzialnym za budowę  lasera.

Kamery rejestrujące jednym ciągiem miliardy klatek na sekundę nie  istnieją. Aby sfilmować propagujący się impuls laserowy, naukowcy z  Centrum Laserowego IChF PAN i FUW posłużyli się znanym już wcześniej  trikiem. Odpowiednio zaadaptowaną kamerę zsynchronizowano z laserem  generującym impulsy laserowe z szybkością ok. 10 strzałów na sekundę. Zrobiono to w taki sposób, aby przy każdym kolejnym impulsie kamera  rejestrowała obraz minimalnie opóźniony względem poprzedniego.

 „Tak naprawdę w każdej klatce naszego filmu widać inny impuls  laserowy”, wyjaśnia dr Paweł Wnuk (CL IChF PAN i FUW) i uzupełnia: „Na  szczęście fizyka wciąż pozostawała ta sama. Na nagraniu możemy więc  obserwować wszystkie efekty związane z przemieszczaniem się impulsu  laserowego w przestrzeni, w szczególności zmiany w oświetleniu otoczenia  w zależności od położenia impulsu oraz tworzenie się rozbłysków na  ścianach w chwili, gdy światło przechodzi przez rozpraszający je obłok  skroplonej pary wodnej”.

Impuls laserowy, trwający kilkanaście femtosekund (milionowych części  miliardowej części sekundy), był generowany przez laser zbudowany w  Centrum Laserowym IChF PAN i FUW. Miał tak wielką moc, że praktycznie  natychmiast jonizował napotkane atomy. W rezultacie wzdłuż impulsu  tworzyło się włókno plazmy – filament. Dzięki odpowiedniemu doborowi  parametrów pracy lasera, umożliwiającemu zbalansowanie złożonych  oddziaływań między polem elektromagnetycznym impulsu a plazmą filamentu,  wiązka świetlna lasera nie rozbiegała się w powietrzu, a przeciwnie,  ulegała samoogniskowaniu. Powodowało to, że impuls mógł się efektywnie  przemieszczać na znacznie większe odległości niż impulsy mniejszej mocy,  a przy tym zachowywał swoje pierwotne parametry.

„Warto zauważyć, że choć strzelamy laserem o świetle z zakresu bliskiej  podczerwieni, to taka wiązka laserowa propagując się w powietrzu zmienia  swój kolor na biały. Dzieje się tak, ponieważ oddziaływanie impulsu z  plazmą generuje światło o wielu różnych długościach fal. Odbierane  jednocześnie, fale te dają wrażenie bieli”, dodaje dr Stepanenko.

Światło o różnych długościach fal oddziałując z atomami i cząsteczkami w  powietrzu jest w stanie dostarczyć wielu informacji. Lidar zbudowany z użyciem nowego lasera będzie mógł  wykrywać większą liczbę pierwiastków i związków chemicznych  zanieczyszczających atmosferę.

Badania nad nowym wzmacniaczem parametrycznym są prowadzone ze środków  Narodowego Centrum Badań i Rozwoju.