近期，來自勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）、加州大學(xué)伯克利分校和普林斯頓大學(xué)的研究團隊宣布，他們成功開發(fā)出一種基于等離子體的技術(shù)，這種技術(shù)可以用來制造一個透鏡，用于接收兆瓦級功率的激光束。

不少從事粒子加速器和核聚變研究工作的物理學(xué)家們希望，他們能夠制造出更強大的激光器。不過在以往，高強度的能量通常容易損壞、報廢掉用于產(chǎn)生激光的部件。即便是最堅固的固態(tài)光學(xué)元件，也無法承受住下一代超強度、高重復(fù)頻率激光器所產(chǎn)生的能量。

于是該研究團隊提出了一個概念，即在給定的等離子體中誘導(dǎo)高密度和低密度的模式。他們指出，光通過它會經(jīng)歷基于等離子體密度的相移。

全息等離子體透鏡的示意圖。（圖片來源：LawrenceLivermore National Laboratory）

據(jù)介紹，由于等離子體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。以等離子體為基礎(chǔ)的替代多種標準光學(xué)元件，可以在極端影響下操縱光，這為更高強度、更高能量的激光應(yīng)用打開了大門。

雖然研究人員實際上并未建造出這樣的激光器，但他們提出了兩種潛在的透鏡建造方法：

第一種方法是在氣體樣本上發(fā)射兩個泵浦激光源。由于第一束激光將氣體電離成等離子體，而第二束則沒有，最終這個過程形成了一種具有高密度和低密度等離子體環(huán)的牛眼結(jié)構(gòu)的等離子體，可以用作激光透鏡。

第二種方法是向一個已經(jīng)存在的等離子體發(fā)射兩束泵浦激光，將等離子體的一部分推向高強度區(qū)域，而另一部分則被推向低強度區(qū)域。與第一種方法一樣，最終他們開發(fā)出了一種可用于高功率激光透鏡的靶心結(jié)構(gòu)。

LLNL博士后Matthew Edwards和他的團隊在《物理評論快報》(Physical Review Letters)上介紹了這種全息等離子體透鏡的方法，并表示這種透鏡“能夠聚焦或準直探測激光，其強度比非電離(固體)光學(xué)器件的極限高幾個數(shù)量級?！?/p>

研究人員進行了模擬測試后發(fā)現(xiàn)，第一種方法可以用來產(chǎn)生強度高達10¹⁵W/cm²的激光束，而第二種方法可以用來產(chǎn)生強度高達10¹⁸W/cm²的激光束。