由思克萊德大學(xué)所主導(dǎo)的一項(xiàng)研究，成功搭建出了激光驅(qū)動的“反射鏡”，能夠反射或操縱光線。
這種反射鏡的存在時間非常短，但是用處卻非常大：它能將通常體積約飛機(jī)庫般大小的超高功率激光器縮減到學(xué)校地下室大小，且有望用于制造各類基于等離子體的高損傷閾值光學(xué)元件，并最終用于制造占地面積小的超高功率、超短脈沖激光系統(tǒng)。
這種用激光制造反射鏡和其他光學(xué)元件的新方法，為開發(fā)下一代百拍瓦（10的15次方瓦）級甚至艾瓦（10的18次方瓦）級高功率激光器奠定了基礎(chǔ)。此項(xiàng)研究發(fā)表于Communications Physics。
Dino Jaroszynski教授研究等離子體光子結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置位于英國盧瑟福國家實(shí)驗(yàn)室激光中心
此項(xiàng)研究由思克萊德大學(xué)物理系的Dino Jaroszynski教授領(lǐng)導(dǎo)。他說：“高功率激光器是許多領(lǐng)域中不可或缺的研究工具，如醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)等。降低高功率激光器成本、使其能夠得到更廣泛的應(yīng)用，將會極大地改變科學(xué)研究方式——任何一所大學(xué)都能以合理的價格購買到一臺體積一間房間大小、甚至能放在桌面上的高功率激光器。”
“這項(xiàng)工作提出了一種制造光學(xué)元件的新方法，極大地推動了高功率激光器的發(fā)展；所制造的光學(xué)元件比現(xiàn)有元件更耐用，而且具有獨(dú)特的瞬態(tài)特性，改變了現(xiàn)有高功率激光器的模式，將會刺激新的研究方向發(fā)展。研究中所提出的新方法對研發(fā)和使用高功率激光器的研究群體具有重要意義。”
“我們研究小組目前正在計劃進(jìn)一步的原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，以證明等離子體光學(xué)元件的耐久性和精確性。”
這項(xiàng)新研究使用對向傳播的激光束生成了層狀等離子體反射鏡。等離子體是完全電離的氣體，可見宇宙的大部分都是等離子體。對向傳播的激光束在等離子體中產(chǎn)生拍波，擾動電子和離子，將其分成了規(guī)則的層狀結(jié)構(gòu)，就像非常堅固、高反射率的反射鏡。
這種反射鏡只能存在幾皮秒（不到10的14次方分之一秒）的短暫時間。這種短暫存在的分層結(jié)構(gòu)能夠反射或者操縱高功率的激光，被稱為體布拉格光柵。這種結(jié)構(gòu)類似于晶體中的布拉格結(jié)構(gòu)，直徑只有幾毫米，有望用于制造各種基于等離子體的高損傷閾值光學(xué)元件，助推占地面積小的超高功率、超短脈沖激光系統(tǒng)的研發(fā)。
思克萊德大學(xué)的Gregory Vieux博士與Jaroszynski教授一起設(shè)計并在英國科學(xué)與技術(shù)設(shè)施委員會的盧瑟福·阿普爾頓實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。
他說：“這種產(chǎn)生瞬態(tài)強(qiáng)等離子體發(fā)射鏡的新方法有可能會徹底改變加速器和光源設(shè)施，因?yàn)檫@種方法有望大大壓縮加速器和光源的體積、使其能夠產(chǎn)生比其他方法都短的多的超短時間、超強(qiáng)的光脈沖。”
“等離子體能承受高達(dá)每平方厘米10的18次方瓦的強(qiáng)度，比傳統(tǒng)光學(xué)系統(tǒng)的損壞閾值高4到5個數(shù)量級。利用這一點(diǎn)能將光學(xué)元件的體積縮小兩到三個數(shù)量級，幾米大小的光學(xué)元件可被縮小到毫米或厘米級。”
文章見：Grégory Vieux et al, The role of transient plasma photonic structures in plasma-based amplifiers, Communications Physics (2023). DOI: 10.1038/s42005-022-01109-5。
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