为高功率激光器创建“幽灵般的镜子”

能够反射或操纵光的激光驱动“镜子”已经在斯特拉斯克莱德大学领导的研究中产生。

“镜子”只存在了一段时间，但可以帮助将超高功率激光器的尺寸减小到大学地下室的大小，目前超高功率激光器占据飞机库大小的建筑物。

它们有潜力发展成各种基于等离子体的高损伤阈值光学元件，可能导致小尺寸、超高功率、超短脉冲激光系统。

生产反射镜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道路，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》上。

研究等离子体光子结构的实验装置

斯特拉斯克莱德物理系的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，化学和物理学许多领域的研究成为可能的工具。

“更广泛地使用高功率激光器将改变科学的完成方式;一所大学可以以合理的价格将这些工具放在一个房间里，放在桌面上。

“这项工作通过提出制造光学元件的新方法，显着推进了高功率激光器的最新技术，这些光学元件比现有元件更坚固，而且是瞬态的，这使得它们独一无二。

“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。

这项新研究已经生产了使用反向传播激光束的分层等离子体镜。等离子体是完全电离的气体，构成了可见宇宙的绝大多数。反向传播的激光束在等离子体中产生拍波，将电子和离子驱动成规则的分层结构，该结构充当非常坚固的高反射率镜。

这面镜子只是短暂地存在，只有几皮秒——不到1/100，000，000，000，000秒——它的幽灵般的存在使非常强烈的激光能够被反射或操纵。

瞬态层状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，直径只有几毫米。它有可能发展成各种基于等离子体的高损伤阈值光学元件，可能导致小尺寸、超高功率、超短脉冲激光系统。

斯特拉斯克莱德的Gregory Vieux博士与Jaroszynski教授一起在科学技术设施委员会（STFC）卢瑟福阿普尔顿实验室（RAL）设计并进行了实验，他说：“这种生产瞬态坚固等离子镜的新方法可以彻底改变加速器和光源，因为它将使它们非常紧凑，能够产生超短持续时间的超强光脉冲， 比任何其他方式都短得多。

“等离子体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到三个数量级，将米大小的光学器件缩小到毫米或厘米。

相关链接：https://phys.org/news/2023-01-ghostly-mirrors-high-power-lasers.html