Hologramme sind dreidimensionale (3D) Bilder, die durch interferierende Lichtstrahlen erzeugt werden, die physische Objekte oder Fotografien reflektieren. In den letzten Jahren wurden sie in einer Vielzahl von Umgebungen eingeführt, beispielsweise um die Mitarbeiterschulung zu verbessern oder ansprechendere Kunst zu schaffen.
Forscher des Lawrence Livermore National Laboratory, der University of California Berkeley und der Princeton University haben kürzlich mithilfe der Holographie einen neuen Linsentyp aus Plasma entwickelt. Dieses Objektiv, das in einem Artikel vorgestellt wurde, der in veröffentlicht wurde Briefe zur körperlichen Überprüfungkönnte die Entwicklung fortschrittlicherer Laser und optischer Technologien ermöglichen.
„Unsere Arbeit an Plasmalinsen entstand aus größeren Anstrengungen zur Plasmaoptik, bei denen wir versucht haben, optische Komponenten aus Plasma und nicht aus traditionelleren Materialien wie Glas zu entwerfen und zu bauen“, sagte Matthew Edwards, einer der Forscher, die dies durchgeführt haben die Studie, sagte Phys.org. „Plasma ist als optisches Material nützlich, weil es eine weitaus höhere Lichtintensität tolerieren kann als jedes feste Material, und wir können daher Plasmaoptiken verwenden, um kompakte Ultrahochleistungslaser zu bauen.“
Die diffraktiven Linsen, die Edwards und seine Kollegen in ihrem Artikel beschreiben, basieren auf einer modifizierten Version des Plasma-Volumenbeugungsgitters, einem renommierten physikalischen Werkzeug, das zur Trennung von Farben im einfallenden Licht verwendet wird. Daher nutzten die Forscher bei der Vorbereitung ihres Designs die Erkenntnisse und Erkenntnisse, die sie in ihren früheren Experimenten zu Gittern gewonnen hatten.
Im Wesentlichen nutzen die neuen holografischen Plasmalinsen die Phasenverschiebung, die auftritt, wenn Licht durch ein Plasma tritt, um eine Phasenzonenplatte zu erzeugen. Dies ist im Wesentlichen eine Art von Optik, bei der die konstruktive und destruktive Interferenz von Licht einen hochintensiven Brennfleck nach der Linse erzeugt.
„Das Plasma wird durch die Interferenz zwischen zwei schwächeren Pumplasern erzeugt und modifiziert“, sagte Edwards. „Der Vorteil einer diffraktiven Linse besteht darin, dass sie unempfindlich gegenüber Unvollkommenheiten in der Plasmadichte ist; Plasma ist schwer zu kontrollieren, daher ist diese Robustheit wichtig.“
Die von Edwards und seinen Kollegen entworfenen Linsen basieren auf zwei kollinearen Pumplasern, bei denen sich unterschiedliche Brennpunkte in einem Gasstrahl überlagern. Da sie aus Plasma bestehen, können sie sehr hohe Lichtintensitäten tolerieren, die tausend- bis millionenmal höher sind als die von Glaslinsen oder Linsen auf der Basis anderer nichtionisierter fester Materialien.
In ihrer Arbeit skizzieren die Forscher die wichtigsten Konstruktionsprinzipien der diffraktiven Plasmalinsen. Darüber hinaus präsentieren sie die Ergebnisse von Simulationen für die beiden Plasmamechanismen, die ihre Funktionsweise untermauern, nämlich räumlich variierende Ionisation und ponderomotorisch getriebene Fluktuationen der Ionendichte.
Edwards und seine Kollegen gehören zu den ersten, die eine Linse basierend auf experimentell erreichbaren Plasmaeigenschaften konstruiert haben. Bisher wurde das Objektiv nur theoretisch entworfen und simuliert, könnte aber bald auch experimentell in Laborumgebungen realisiert werden.
„Die Parameter, die erforderlich sind, um die Linsen experimentell zu demonstrieren, ähneln denen, die wir mit Plasmabeugungsgittern erreicht haben“, sagte Edwards.
Plasmaoptiken haben sich als vielversprechende Werkzeuge erwiesen, da sie widerstandsfähig gegen Beschädigungen sind und zur Manipulation von hochintensivem Licht verwendet werden können. In Zukunft könnten die von Edwards entwickelte Linse und andere ähnliche optische Komponenten zur Herstellung hochleistungsfähiger Hochleistungslaser auf Plasmabasis verwendet werden.
„Diese Art von Optik ermöglicht möglicherweise die Herstellung von Lasern mit weitaus höheren Spitzenleistungen als heute gebaut werden kann, und eröffnet neue Bereiche der hochintensiven Physik für die Erforschung“, sagte Edwards. „Wir arbeiten jetzt daran, im Labor eine Plasmalinse herzustellen, mit der wir die Leistung und das Verhalten dieser Art von Optik experimentell untersuchen können. Wir entwickeln auch andere Arten von Plasmaoptiken mit dem Ziel, eine umfassende Toolbox von Plasmakomponenten zu schaffen zur Manipulation von Hochleistungslicht.“
MR Edwards et al, Holografische Plasmalinsen, Briefe zur körperlichen Überprüfung (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.065003
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