近日，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室、加州大學(xué)伯克利分校和普林斯頓大學(xué)的一組研究人員開發(fā)了基于等離子體技術(shù)制造具有拍瓦級功率的激光束透鏡。在他們發(fā)表的《物理評論快報》論文中，詳細描述了他們所開發(fā)的兩種技術(shù)。

■全息等離子透鏡示意圖。(a)兩個泵浦激光器在氣體中重疊（沿z的范圍是D）。(b)在延遲時間，探測激光穿過所得結(jié)構(gòu)并衍射成一個或多個級。(c)重疊泵的強度分布和由此產(chǎn)生的折射率調(diào)制。(d)作為時間函數(shù)的折射率調(diào)制峰值，顯示泵浦到達時結(jié)構(gòu)的形成。幅度和時間尺度都取決于所選擇的非線性機制

當(dāng)前，從事粒子加速器和聚變研究工作的物理學(xué)家希望能夠制造出比現(xiàn)在可用的更強大的激光器。用于制造激光器的固態(tài)光學(xué)技術(shù)阻礙了此類工作，更大的功率會損壞產(chǎn)生激光器的部件。

在這項新努力中，研究人員指出，其他研究人員發(fā)現(xiàn)等離子體可用于制造光學(xué)元件，如放大器和透鏡。他們想知道產(chǎn)生極強激光束所需的那種透鏡是否也是如此。對此，他們提出了一個概念，涉及在給定的等離子體中誘導(dǎo)高密度和低密度的模式。光通過它時，會經(jīng)歷一個基于等離子體密度的相移。

研究人員實際上并沒有制造這樣的激光器，而是提出了兩種可能的制造方法。第一種方法涉及在氣體樣本上發(fā)射兩個泵浦激光器。第一束激光將氣體電離成等離子體，而第二束則沒有。結(jié)果是具有高密度和低密度等離子環(huán)的靶心配置的等離子可以用作激光透鏡。

第二種方法是向已經(jīng)存在的等離子體發(fā)射兩束泵浦激光，將其中的一些部分推向高強度區(qū)域，而將其他部分推向低強度區(qū)域。與第一種方法一樣，最終結(jié)果是開發(fā)了一種可用作高功率激光透鏡的靶心配置。

研究人員創(chuàng)建了模擬進行測試，發(fā)現(xiàn)第一種方法可用于產(chǎn)生強度高達10¹⁵W/cm²的激光束，而第二種方法產(chǎn)生的激光束強度高達10¹⁸W/cm²。