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用于高功率激光器的幽灵镜

导读 镜子只存在了一小段时间,但可以帮助将超高功率激光器的尺寸缩小到大学地下室的大小,超高功率激光器目前占用的建筑物相当于飞机库的大小。

“镜子”只存在了一小段时间,但可以帮助将超高功率激光器的尺寸缩小到大学地下室的大小,超高功率激光器目前占用的建筑物相当于飞机库的大小。

它们有可能被开发成各种基于等离子体的高损伤阈值光学元件,这些元件可能会导致占地面积小、超高功率、超短脉冲激光系统。

生产镜子和其他光学元件的新方法为开发下一代高功率激光器指明了方向,从数百拍瓦(1015 瓦)到艾瓦(1018 瓦)。

这项新研究已发表在《通信物理学》杂志上。

斯特拉斯克莱德大学物理系的 Dino Jaroszynski 教授领导了这项研究。他说:“高功率激光器是使医学、生物学、材料科学、化学和物理学等许多领域的研究成为可能的工具。

“让高功率激光器更广泛地应用将改变科学研究的方式;大学可以以合理的价格将这些工具放在一个房间的桌面上。

“这项工作通过提出制造光学元件的新方法,显着提高了高功率激光器的最新水平,这些光学元件比现有元件更坚固,而且瞬态,这使它们独一无二。

“这更紧凑,更坚固,可以提供高功率激光器的范式转变,这将刺激新的研究方向。提出的新方法也将引起开发和使用高功率激光器的多元化社区的广泛兴趣。

“该小组现在正在计划进一步的原理验证实验,以证明等离子体光学元件的稳健性和保真度。”

这项新研究使用反向传播的激光束生产了分层等离子镜。等离子体是完全电离的气体,构成了可见宇宙的绝大部分。反向传播的激光束在等离子体中产生拍波,将电子和离子驱动到规则的层状结构中,该结构充当非常坚固的高反射镜。

这面镜子转瞬即逝,只有几皮秒——不到 1/100,000,000,000 秒——它幽灵般的存在使非常强烈的激光能够被反射或操纵。

瞬态分层等离子体被称为体积布拉格光栅,类似于晶体中的布拉格结构,并且只有几毫米宽。它有可能被开发成各种基于等离子体的高损伤阈值光学元件,从而产生占地面积小、超高功率、超短脉冲激光系统。

Strathclyde 的 Gregory Vieux 博士与 Jaroszynski 教授一起在科学技术设施委员会 (STFC) 的卢瑟福阿普尔顿实验室 (RAL) 设计并进行了实验,他说:“这种生产瞬态稳健等离子镜的新方法可以彻底改变加速器和光源,因为它会使它们非常紧凑,并且能够产生超短持续时间的超强光脉冲,这比任何其他方式都能轻易产生的光脉冲短得多。

“等离子可以承受高达每平方厘米 1018 瓦的强度,这比传统光学器件的损坏阈值高出四五个数量级。这将使光学元件的尺寸减小两个或三个数量级,将米尺寸的光学器件缩小到毫米或厘米。”

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