国外团队利用泵浦激光器，打造聚焦超高能量的等离子体透镜

2022-03-16 18:09

近期，来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）、加州大学伯克利分校和普林斯顿大学的研究团队宣布，他们成功开发出一种基于等离子体的技术，这种技术可以用来制造一个透镜，用于接收兆瓦级功率的激光束。

不少从事粒子加速器和核聚变研究工作的物理学家们希望，他们能够制造出更强大的激光器。不过在以往，高强度的能量通常容易损坏、报废掉用于产生激光的部件。即便是最坚固的固态光学元件，也无法承受住下一代超强度、高重复频率激光器所产生的能量。

于是该研究团队提出了一个概念，即在给定的等离子体中诱导高密度和低密度的模式。他们指出，光通过它会经历基于等离子体密度的相移。

全息等离子体透镜的示意图。（图片来源：LawrenceLivermore National Laboratory）

据介绍，由于等离子体比玻璃具有更高的能量密度，所以它可以承受更高的光密度。以等离子体为基础的替代多种标准光学元件，可以在极端影响下操纵光，这为更高强度、更高能量的激光应用打开了大门。

虽然研究人员实际上并未建造出这样的激光器，但他们提出了两种潜在的透镜建造方法：

第一种方法是在气体样本上发射两个泵浦激光源。由于第一束激光将气体电离成等离子体，而第二束则没有，最终这个过程形成了一种具有高密度和低密度等离子体环的牛眼结构的等离子体，可以用作激光透镜。

第二种方法是向一个已经存在的等离子体发射两束泵浦激光，将等离子体的一部分推向高强度区域，而另一部分则被推向低强度区域。与第一种方法一样，最终他们开发出了一种可用于高功率激光透镜的靶心结构。

LLNL博士后Matthew Edwards和他的团队在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上介绍了这种全息等离子体透镜的方法，并表示这种透镜“能够聚焦或准直探测激光，其强度比非电离(固体)光学器件的极限高几个数量级。”

研究人员进行了模拟测试后发现，第一种方法可以用来产生强度高达10¹⁵W/cm²的激光束，而第二种方法可以用来产生强度高达10¹⁸W/cm²的激光束。

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