När du var barn, du kanske har använt ett förstoringsglas för att fokusera solens ljus på en plats på trottoaren. Förstoringsglasets lins tillät dig att koncentrera solens energi genom att konvergera ljusstrålarna till en punkt.

Säg istället för att fokusera solens ljus på marken, du ville fokusera ljuset på ett papper. Tänk dig då att papperet rörde sig. Om du ville behålla fokus på papperet, du kan flytta linsen (förstoringsglaset) eller du kan få fokus (ljuskoncentrationen) att röra sig. Att låta fokus röra sig skapar ett koncept som kallas flygande fokus.

För första gången, forskare vid University of Rochesters Laboratory for Laser Energetics (LLE) har hittat ett sätt att använda flygfokus för att bättre kontrollera intensiteten hos lasrar över längre avstånd. Deras teknik inkluderar att fånga några av de snabbaste filmerna som någonsin spelats in och har potential att hjälpa forskare att designa nästa generation av högeffektlasrar eller producera ljuskällor med nya våglängder. Nästa generation av kraftfulla lasrar kan vara tillräckligt kraftfulla för att generera partiklar från ett vakuum, medan ljuskällorna kan producera nya terahertz -strålar för att studera komplexa material och molekyler.

Forskarna publicerade sina fynd i en artikel i Nature Photonics .

"Människor kan ha avsiktligt producerat flygande fokus tidigare, men detta är första gången flygfokus har erkänts som ett användbart sätt att manipulera brännhastigheten, "säger Dustin Froula, en senior forskare vid LLE och en biträdande professor i fysik i Rochester.

Den övre ramen visar vad som händer när du, till exempel, använd ett förstoringsglas för att rikta alla färger på solens ljus - arrangerade från blått (kortare våglängder) till rött (längre våglängd) - till en enda brännpunkt (den vertikala gröna linjen). Alla färger skulle fokusera där och stanna. Den nedre ramen visar vad som händer när forskare använder en flygande fokuslins för att rikta alla färger från en laserstråle, från blått till rött, så att varje färg kan komma till en annan kontaktpunkt. Blått skulle fokusera först och sedan skulle detta fokus flytta bakåt till det röda. Fokus stannar inte, men rör sig istället.

"Detta visar sig vara superkraftigt, "Froula säger." Det flygande fokuset tillåter oss att ha den höga intensiteten över hundratals gånger avståndet än vi kunde tidigare. Just nu försöker vi göra nästa generation av kraftfulla lasrar och flygande fokus kan vara den möjliggörande tekniken. "

Tekniken som LLE-forskare utvecklat gör att de kan utföra mätningar genom att spela in filmer av den rörliga brännpunkten med en biljondels bildram per sekund-en av de snabbaste filmerna som någonsin spelats in.

Froula och hans kollegor uppnådde detta med hjälp av en kortpulslaser och en diffraktiv lins, gjord av Terry Kessler, en gruppledare för optiska och avbildande vetenskaper vid LLE.

"Det finns bara några få av dessa linser i världen och tre av dem byggdes på LLE av Terry och hans team för mer än 10 år sedan som en del av OMEGA EP -projektet, "Froula säger." Vår plasmafysikgrupp bestämde sig för att utforma ett experiment som skulle mäta utbredningen av en fokuspunkt vid vilken hastighet som helst, inklusive 50 gånger ljusets hastighet. Detta krävde en diagnos som kunde göra en film med ramar på en biljondels sekund. "

Froula säger att samarbetsstödet från LLE:s Laser Science Team hjälpte till att uppnå denna bedrift:"De samarbetsövergripande grupperna på LLE möjliggjorde att detta nya koncept blev verklighet och leder genombrott i många laser-plasmaprogram."