【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于激光與等離子體，特別涉及一種實現相對論激光離軸聚焦的方法及裝置。
技術介紹
1、近幾十年來，激光
取得了顯著的進步。在現代光學系統的設計與應用中，高效、緊湊且低畸變的光學元件需求日益增長。傳統的軸對稱透鏡在實現高質量成像和光束控制方面雖表現優異，但其對光軸的對稱性要求限制了系統的自由度，尤其是在空間受限或復雜光路設計中，容易導致光路冗長、效率降低等問題。為克服這一局限性，離軸透鏡應運而生。離軸透鏡通過將傳統透鏡的光學表面部分截取或重新設計，從而形成非對稱結構。這種結構能夠有效地避免光束遮擋，減少光學元件間的相互干擾，同時在某些特定應用中顯著提升系統性能。例如，在激光雷達、自由空間光通信和天文觀測等領域，離軸透鏡因其出色的離軸成像能力和低散射特性而備受關注。此外，與傳統光學元件相比，離軸透鏡還能夠降低系統的體積和重量，這對便攜式和航空航天應用尤為重要。
2、由于傳統固態光學元件的損壞閾值，隨著激光峰值強度的增加，高強度激光脈沖的產生和操縱變得越來越困難。為了應對這一挑戰，對基于等離子體的光學元件進行了廣泛的研究，其損傷閾值比固態光學元件高出幾個數量級。在過去的幾十年里，各種先進的等離子體光學元件已經被證明可以有效地調節相對論激光脈沖的時間對比度，相位，偏振，脈沖寬度和強度。此外，利用等離子體來聚焦激光脈沖作為調制的手段以增加激光強度最近已經獲得了學術界的相當大的關注。包括受激拉曼散射放大、自聚焦激光放大、錐形靶激光放大、基于等離子體透鏡的激光放大和基于等離子體的多光束組合放大。先前的研究發現，基于等
3、然而，在目前的研究過程中，產生相對論激光脈沖仍面臨巨大的挑戰，目前還缺少有效的方法來實現在相對論激光強度下的離軸聚焦，并且同時產生多個光束仍然非常困難。
技術實現思路
1、針對現有技術中存在的缺陷和不足，提供一種實現相對論激光聚焦的方法及裝置，采用一束光照射等離子體離軸透鏡，通過調節等離子體離軸透鏡的軸向密度分布，使得激光在等離子體中傳播的相速度發生變化，從而實現激光聚焦。
2、為解決上述現有技術中存在的技術問題，本本專利技術所采用的技術方案是：
3、一方面，提出一種實現相對論激光離軸聚焦的方法，包括：
4、設定入射激光以及入射激光經等離子體離軸透鏡后的聚焦位置即焦點位置，所述聚焦位置為偏離等離子體離軸透鏡中心軸方向的位置，所述入射激光為相對論強度激光；
5、根據所述聚焦位置確定等離子體離軸透鏡的密度分布；
6、入射激光入射在具有所述密度分布的等離子體離軸透鏡上，入射激光在等離子體離軸透鏡中傳播的相速度發生變化，實現入射激光在設定聚焦位置的離軸聚焦。
7、進一步地，根據所述聚焦位置確定等離子體離軸透鏡的密度分布，包括：
8、對于等離子體離軸透鏡上的任意一點，其等離子體密度通過下式確定：
9、；
10、其中對應于波長為1 μm的激光的臨界密度，、分別是單位電荷、電子質量，是真空介電常數，是物光頻率。是線偏振光的相對論因子，是激光的歸一化振幅，代表等離子體離軸透鏡密度的最小值， h表示在等離子體離軸透鏡上任意一點到焦點的距離與等離子體離軸透鏡密度的最小值處到焦點的距離之間的差， d為等離子體離軸透鏡的厚度，等離子體離軸透鏡密度的最小值；
11、通過上式確定等離子體離軸透鏡上不同位置出的等離子體密度，進而確定等離子體離軸透鏡的密度分布。
12、進一步地，入射激光在等離子體離軸透鏡中任意一點處傳播的相速度將根據進行調制，實現入射激光在設定聚焦位置的離軸聚焦，其中c是光速。
13、進一步地，所述入射激光為線偏振、相對論強度的高斯激光脈沖。
14、另一方面，提供一種實現相對論激光離軸聚焦的裝置，包括入射激光產生裝置和等離子體離軸透鏡；
15、入射激光產生裝置輸出入射激光并將入射激光照射到具有設定密度分布的等離子體離軸透鏡上，入射激光在等離子體離軸透鏡中傳播的相速度發生變化，實現入射激光在設定聚焦位置的離軸聚焦，所述聚焦位置為偏離等離子體離軸透鏡中心軸方向的位置，所述入射激光為相對論強度激光，其中根據聚焦位置確定等離子體離軸透鏡的密度分布，包括：對于等離子體離軸透鏡上的任意一點，其等離子體密度通過下式確定：
16、；
17、其中對應于波長為1 μm的激光的臨界密度，、分別是單位電荷、電子質量，是真空介電常數，是物光頻率。是線偏振光的相對論因子，是激光的歸一化振幅，代表等離子體離軸透鏡密度的最小值， h表示在等離子體離軸透鏡上任意一點到焦點的距離與等離子體離軸透鏡密度的最小值處到焦點的距離之間的差， d為等離子體離軸透鏡的厚度，等離子體離軸透鏡密度的最小值；
18、通過上式確定等離子體離軸透鏡上不同位置出的等離子體密度，進而確定等離子體離軸透鏡的密度分布。
19、另一方面，提供一種實現相對論激光離軸聚焦的方法，包括：
20、確定入射激光以及入射激光經等離子體離軸透鏡陣列后的 n個聚焦位置，所述入射激光為相對論強度激光，等離子體離軸透鏡陣列由 n個等離子體離軸透鏡按照陣列排布而成，入射激光入射到等離子體離軸透鏡陣列上，等離子體離軸透鏡陣列中的 n個等離子體離軸透鏡分別對應 n個聚焦位置，且各等離子體離軸透鏡對應的聚焦位置均為偏離其中心軸方向的位置；
21、根據等離子體離軸透鏡陣列中各等離子體離軸透鏡對應的不同聚焦位置確定等離子體離軸透鏡陣列中各等離子體離軸透鏡的密度分布；
22、入射激光入射到所述等離子體離軸透鏡陣列上，入射激光在等離子體離軸透鏡陣列中各等離子體離軸透鏡中傳播的相速度發生變化，分成n束具有扭曲傳播方向的激光，分束輸出的各束激光分別聚焦到對應的聚焦位置。
23、另一方面，提供一種實現相對論激光離軸聚焦的裝置，包括入射激光產生裝置和等離子體離軸透鏡陣列；
24、入射激光產生裝置輸出入射激光并將入射激光照射到具有設定密度分布的等離子體離軸透鏡陣列上，所述入射激光為相對論強度激光，等離子體離軸透鏡陣列由 n個等離子體離軸透鏡按照陣列排布本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.實現相對論激光離軸聚焦的方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的實現相對論激光離軸聚焦的方法，其特征在于，根據所述聚焦位置確定等離子體離軸透鏡的密度分布，包括：
3.根據權利要求2所述的實現相對論激光離軸聚焦的方法，其特征在于，入射激光在等離子體離軸透鏡中任意一點處傳播的相速度將根據進行調制，實現入射激光在設定聚焦位置的離軸聚焦，其中c是光速。
4.根據權利要求2所述的實現相對論激光離軸聚焦的方法，其特征在于，所述入射激光為線偏振、相對論強度的高斯激光脈沖。
5.根據權利要求4所述的實現相對論激光離軸聚焦的方法，其特征在于，所述等離子體離軸透鏡半徑為R=?5，等離子體離軸透鏡厚度為d=?3。
6.實現相對論激光離軸聚焦的裝置，其特征在于，包括入射激光產生裝置和等離子體離軸透鏡；
7.實現相對論激光離軸聚焦的方法，其特征在于，包括：
8.根據權利要求7所述的實現相對論激光離軸聚焦的方法，其特征在于，根據等離子體離軸透鏡陣列中各等離子體離軸透鏡對應的不同聚焦位置確定等離子體離軸透鏡陣列中
9.根據權利要求7或8所述的實現相對論激光離軸聚焦的方法，其特征在于，所述入射激光為線偏振、相對論強度的高斯激光脈沖。
10.實現相對論激光離軸聚焦的裝置，其特征在于，包括入射激光產生裝置和等離子體離軸透鏡陣列；
...【技術特征摘要】
1.實現相對論激光離軸聚焦的方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的實現相對論激光離軸聚焦的方法，其特征在于，根據所述聚焦位置確定等離子體離軸透鏡的密度分布，包括：
3.根據權利要求2所述的實現相對論激光離軸聚焦的方法，其特征在于，入射激光在等離子體離軸透鏡中任意一點處傳播的相速度將根據進行調制，實現入射激光在設定聚焦位置的離軸聚焦，其中c是光速。
4.根據權利要求2所述的實現相對論激光離軸聚焦的方法，其特征在于，所述入射激光為線偏振、相對論強度的高斯激光脈沖。
5.根據權利要求4所述的實現相對論激光離軸聚焦的方法，其特征在于，所述等離子體離軸透鏡半徑為r=?5，等離子...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張昊，余同普，張凌宇，黃宏韜，王景怡，
申請(專利權)人：中國人民解放軍國防科技大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。