勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的研究人員設(shè)計了一種緊湊型多兆瓦激光器，該激光器使用等離子體傳輸光柵來克服傳統(tǒng)固態(tài)光學(xué)光柵的功率限制。這種設(shè)計可以使超快激光器的功率比現(xiàn)有相同尺寸的激光器高出1000倍。

皮瓦（千萬瓦）激光器依靠衍射光柵實現(xiàn)啁啾脈沖放大（CPA），這是一種拉伸、放大然后壓縮高能激光脈沖以避免損壞光學(xué)元件的技術(shù)。CPA于2018年獲得諾貝爾物理學(xué)獎，是國家點火設(shè)施先進射線照相能力的核心，也是NIF的前身Nova激光器的核心，Nova激光器是世界上第一臺千兆瓦激光器。

捷克共和國的ELI波束線研究中心的L3 HAPLS

前LLNL博士后Matthew Edwards說：“等離子體光柵的損傷閾值比傳統(tǒng)反射光柵高幾個數(shù)量級，它允許我們?yōu)橄嗤�尺寸的光柵提供更多的功率”，他是論文的合著者，該論文描述了研究成果并�?月9日在線發(fā)表在《物理評論應(yīng)用》上。

Edwards說：“用于強激光的玻璃聚焦光學(xué)器件必須很大，以避免損壞。激光能量被分散以保持局部強度較低。例如，由于等離子體比一塊玻璃更好地抵抗光學(xué)損傷，我們可以想象制造出一臺激光器，其功率是當(dāng)前系統(tǒng)的數(shù)百倍或數(shù)千倍，而不會使系統(tǒng)變大�！�

LLNL在開發(fā)高能激光系統(tǒng)方面擁有50年的經(jīng)驗，在設(shè)計和制造世界上最大的衍射光柵方面也一直處于領(lǐng)先地位，例如20世紀(jì)90年代用于在Nova激光器上產(chǎn)生500焦耳/瓦脈沖的金光柵。然而，下一代多皮瓦和埃瓦（1000皮瓦）激光器需要更大的光柵，以克服傳統(tǒng)固體光學(xué)對最大通量（能量密度）的限制。

Edwards指出，由離子和自由電子的混合物等離子體制成的光學(xué)系統(tǒng)“非常適合于相對高重復(fù)率、高平均功率的激光器”。例如，新設(shè)計可以使激光系統(tǒng)在捷克共和國的ELI光束線上使用與L3 HAPLS（高重復(fù)率先進皮瓦激光系統(tǒng)）類似的尺寸，但峰值功率為100倍。

HAPLS由LLNL設(shè)計和制造，并于2017年交付給ELI光束線，設(shè)計用于在30飛秒（千分之四秒）脈沖持續(xù)時間內(nèi)產(chǎn)生30焦耳的能量，等于1皮瓦，并在10赫茲（每秒10個脈沖）下產(chǎn)生。

現(xiàn)任斯坦福大學(xué)機械工程助理教授的Edwards說：“在相同的重復(fù)頻率下，嘗試構(gòu)建峰值功率為100倍的HAPL，這是最適合的系統(tǒng)，光柵可以在非常高的重復(fù)頻率下重新制作，因此我們認(rèn)為這種設(shè)計可以實現(xiàn)10赫茲的工作。但是，它不適用于高平均功率連續(xù)波激光器�！�

研究人員表示，雖然等離子體光學(xué)已成功應(yīng)用于等離子體反射鏡，但由于難以產(chǎn)生足夠均勻的大等離子體以及非線性等離子體波動力學(xué)的復(fù)雜性，它們在高功率脈沖壓縮中的應(yīng)用受到限制。但他們的目標(biāo)是使這種不均勻性對整個系統(tǒng)來說是一個盡可能小的問題。

基于對細(xì)胞內(nèi)粒子(PIC)代碼EPOCH的模擬，研究人員說：“我們希望這種方法能夠提供某種程度的穩(wěn)定性，這是其他基于等離子體的壓縮機制所不能達(dá)到的，并可能被證明在實踐中更可行。新設(shè)計只需要氣體作為初始介質(zhì)，對等離子體條件的變化是穩(wěn)健的，并最小化等離子體體積，使充分的均勻性切實可行�！�

通過使用可實現(xiàn)的等離子體參數(shù)，避免固體密度等離子體和固體光學(xué)，這種方法為下一代高功率激光器提供了一條可行的路徑。

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