PRL ｜ 基于等离子体的高损伤阈值全息衍射透镜

全息等离子体透镜的示意图以及其聚焦入射激光得到的焦斑（蓝色点）。

全息图是由反射物理对象或照片的干涉光束产生的三维 (3D) 图像。全息图像由于其丰富的表现力也被引进艺术作品创作中。美国加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室、加州大学伯克利分校和普林斯顿大学的研究人员最近使用全息术设计了一种由等离子体制成的新型透镜。该透镜具有高损伤阈值，对高强度激光和光学技术的发展具有重要意义。研究目前已发表于Physical Review Letters。

研究人员表示，他们一直在尝试用等离子而不是更传统的玻璃材料等来设计和制造光学元件。等离子制作光学元件的优势在于，它可以承受比任何固体材料高得多的光强度。因此，可以使用等离子光学制造紧凑的超高功率激光器。等离子透镜方面的工作也促进了人们对等离子光学的认识了理解。

本研究中制备的衍射透镜是基于等离子体体衍射光栅的。光栅用于分离入射光中的颜色。新型全息等离子透镜利用光通过等离子时发生的相移来产生相位波带片。这本质上是一种光学器件，其中光的相长干涉和相消干涉在透镜后产生高强度焦点。等离子体透镜是由一对较弱的泵浦激光器之间的干涉产生和调控的，。考虑到等离子体难以控制，衍射透镜的优势就在于其对等离子体密度的缺陷具有较高的包容度，因此制成的光学元件具有较高的稳健性。

具体地，透镜由两个共线泵浦激光器实现，透镜的不同的焦点在气体射流中重叠。等离子体透镜可以承受非常高的光强度，比玻璃镜片或基于其他固体材料的镜片所承受的光强度高一千到一百万倍。在文章中，研究人员说明了衍射等离子体透镜的关键设计原则。此外，他们还展示了解释其功能的两种等离子体机制的模拟结果，即空间变化的电离和有质动力驱动的离子密度波动。

到目前为止，该透镜仅在理论上进行了设计和模拟，但很快也可以在实验室环境中通过实验实现。下一步，研究人员将使用他们以前的等离子体衍射光栅实验中类似的参数，在等离子体衍射透镜上进行实验验证。

由于等离子体具有高损伤阈值，因此可用于操纵高强度光。未来，和其他类似光学元件制造的透镜类似，基于等离子体光学制造的等离子体光学元件的也可用于制造基于等离子体的高性能、高功率激光器。

基于等离子体的光学器件有可能制造出比目前峰值功率高得多的激光器，从而为探索高强度物理机制开辟了新的道路。研究人员现在正致力于在实验室中制造等离子透镜，并通过实验检查此类光学器件的性能和行为。他们还在开发其他类型的等离子光学器件，为创建一个全面的等离子光学元件系统，操纵高功率激光做准备。