科学家用特殊“镜子”打造出超高功率紧凑型激光器

近日，英国苏格兰思克莱德大学（University of Strathclyde）的研究人员打造出了一种激光驱动的“镜子”，这种特殊的反射镜能够反射或操纵光线。

目前，一些超高功率激光器占用的建筑空间体积几乎相当于飞机库那么大。而这种“镜子”虽然只存在一小段时间，但却可以帮助将超高功率激光器的尺寸缩小到大学地下室大小。

这种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方向——从几百拍瓦（10¹⁵瓦）到埃瓦（10¹⁸瓦）。这项新研究发表在《通信物理学》（Communications Physics）杂志上。

科学家们表示，未来他们可能会将这种“镜子”开发成各种基于等离子体的高损伤阈值光学元件，从而借之打造出占地面积更小、超高功率的超短脉冲激光系统。

（图片来源：University of Strathclyde）

更稳定强大，应用更广泛

领导这项研究的思克莱德大学物理系的Dino Jaroszynski教授表示：“高功率激光器是医学、生物学、材料科学、化学和物理学等许多领域研究的工具。一所大学可以以合理的价格打造出更紧凑体积的工具；让高功率激光器更广泛地得以应用，将改变科学研究的方式。”

“这项工作通过提出制造光学元件的新方法，大大提高了高功率激光器的最先进水平，这些光学元件比现有元件更稳定强大，而且是瞬态的，这使它们变得独特。高功率激光器变得更紧凑、更强大，将会带来新的研究方向。研究小组目前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。”

高损伤阈值光学元件“新希望”

这项新研究利用反传播激光束制造了层状等离子体反射镜。反向传播的激光束在等离子体中产生振动波，将电子和离子驱动成规则的分层结构，这就像一个非常稳固、高反射率的镜子。这面“镜子”的存在时间很短暂，只有几皮秒（不到1/100，000，000，000，000秒），却能使非常强烈的激光被反射或操纵。

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。它有潜力被发展成各种基于等离子体的高损伤阈值光学元件，从而形成致小占地面积、超高功率、超短脉冲的激光系统。

来自思克莱德大学的Gregory Vieux博士与Jaroszynski教授一起在英国科学与技术设施委员会（STFC）的英国卢瑟福·阿普尔顿实验室（RAL）设计并进行了实验，他说：“这种生产瞬态强等离子体镜的新方法可能会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，比其他任何方法都容易产生的光脉冲要短得多。”

“等离子体可以承受高达每平方厘米10¹⁸瓦的强度，这超过了传统光学损伤的阈值4－5个数量级。这将使光学元件的尺寸减小2－3个数量级，将米大小的光学器件缩小到毫米或厘米级别。”