Шведский лазер LWS100 установил рекорд по мощности и длительности импульсов

Лазерная система длиной 11 метров генерирует сверхкороткие импульсы. Автор: Маттиас Петтерссон, Университет Умео

Исследователи из Университета Умео впервые продемонстрировали полные возможности своей крупномасштабной лазерной установки. В исследовании, опубликованном в журнале Nature Photonics, команда сообщает о генерации ультракоротких лазерных импульсов с экстремальной пиковой мощностью и точно контролируемой формой волны, что открывает возможности для изучения самых быстрых процессов в природе.

Специально разработанная лазерная система под названием Light Wave Synthesizer 100 (LWS100) имеет длину 11 метров и ширину 1,5 метра — значительно больше, чем коммерческие лазеры, сравнимые по размеру с карандашом или книгой. Такие габариты необходимы для генерации и усиления ультракоротких импульсов до экстремальной мощности.

На пике система выдаёт 100 тераватт — что эквивалентно пятикратному среднему энергопотреблению всего мира, правда, всего на несколько миллионных долей миллиардной доли секунды. Это делает LWS100 самым мощным лазером в Швеции и открывает двери для революционных применений: от изучения сверхбыстрых процессов в биомолекулах до разработки светоуправляемой электроники и повышения эффективности солнечных панелей.

Особенность системы в том, что импульсы не только чрезвычайно короткие (4,3 фемтосекунды) и мощные — они также имеют воспроизводимую и контролируемую форму электрического поля, идентичную от импульса к импульсу. Достичь такого уровня контроля в крупномасштабных лазерных системах крайне сложно, но это критически важно для многих передовых приложений. Это позволяет генерировать ещё более короткие аттосекундные рентгеновские импульсы, которые можно использовать для «съёмки» движения электронов в реальном времени.

Схема усиленной оптической параметрической чирп-импульсной системы (OPCPA). Автор: Nature Photonics (2025). DOI: 10.1038/s41566-025-01720-2

«Теперь мы можем показать, что система работает именно так, как мы задумывали при её создании. Это важная веха для наших исследований», — говорит Ласло Вейс, профессор Университета Умео.

С помощью этой лазерной системы запланирован широкий спектр экспериментов, использующих её экстремальную временную и пространственную концентрацию света. Формируя и фокусируя ультракороткие импульсы, можно ускорять аттосекундные пучки электронов до ультрарелятивистских энергий в компактных микроускорителях или создавать рентгеновские источники нового поколения для развития аттосекундной науки.

Лазерная система была установлена и введена в эксплуатацию на кафедре физики Университета Умео в 2022 году. Эта публикация — первое научное исследование, демонстрирующее её полную производительность.

Дополнительная информация: Laszlo Veisz et al, Waveform-controlled field synthesis of sub-two-cycle pulses at the 100 TW peak power level, Nature Photonics (2025). DOI: 10.1038/s41566-025-01720-2

Источник: Umea University