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研究人员使用“飞行焦点”来更好地控制长距离激光
发布时间:2018-04-19 09:30:06 阅读:230

来源:phys.org;电子科技大学太赫兹研究中心 四川太赫兹应用研究联合课题组 郑重阳 编译

    当你还是个孩子的时候,你可能会用放大镜把太阳光聚焦到某个地方。放大镜的镜头可以让你集中太阳的能量,把光线集中在一点上。

    不要把太阳光聚焦在地面上,你要把光聚焦在一张纸上。然后想象那张纸在移动。如果你想把焦点保持在纸上,你可以移动镜头(放大镜),或者你可以让焦点(光线集中点)移动。让焦点移动创造了一个被称为飞行焦点的概念。

    罗彻斯特大学激光能量学实验室(LLE)的研究人员首次发现了利用飞行焦点来更好地控制长距离激光强度的方法。他们的技术包括捕获有史以来最快的影像,并有可能帮助研究人员设计下一代高功率激光或产生新的波长的光源。下一代高功率激光可产生足够的能量,从真空中产生粒子,而光源可以产生新的太赫兹光束来研究复杂材料和分子。

    研究人员在《自然光子学》(Nature Photonics)杂志的一篇论文中发表了他们的研究结果。

    “过去人们可能在无意中产生了飞行焦点,但这是飞行焦点第一次被认为是控制焦点速度的有效方法,”罗彻斯特激光能量学实验室的高级科学家兼物理学助理教授Dustin Froula说。

    顶部的框架显示了当你使用放大镜来将太阳光线的所有颜色——从蓝色(较短的波长)到红色(较长的波长)直接连接到一个焦点(垂直的绿线)时发生的情况。所有的颜色都聚焦在那里并停了下来。底部的框架显示了当研究人员使用飞行聚焦透镜将激光束中所有的颜色(从蓝色到红色),引导每种颜色到达不同的焦点时发生的情况。蓝色会首先聚焦,然后这个焦点会向后移动到红色。焦点并没有停下来,而是在移动。

    “结果证明这是超级强大的,”弗罗拉说。“飞行焦点使我们能够拥有相较以前超过数百倍的光强度。”现在我们正在努力制造下一代高功率激光,而飞行焦点将能够成为实现这一目标的技术。”

    LLE研究人员开发的这项技术使拍摄电影时移动焦点的速度达到每秒上亿帧,这是有史以来最快的速度。

    弗罗拉和他的同事们使用由LLE光学和成像科学小组组长特里•凯瑟勒Terry Kessler制造的短脉冲激光和衍射透镜完成了这项工作。

    “世界上只有少数几个这样的镜头,其中三个是由特里和他的团队在10多年前作为奥米伽(OMEGA) EP项目的一部分在LLE建造的,”弗罗拉说。“我们的等离子体物理小组着手设计一项实验,以任何速度测量焦斑的传播,包括以光速的50倍。这需要一种特征,可以在万亿分之一秒的时间内拍摄一部电影。”。

    Froula表示,该组织的激光科学团队的合作支持帮助实现了这一壮举:“LLE的跨学科协同团队使这一新颖概念成为了现实,并在许多激光等离子体应用领域取得突破性进展。”

 
 

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