阅读说明：本技术 一种边界快速延伸的声波等离子体光栅产生方法 (Method for generating acoustic plasma grating with rapidly-extended boundary ) 是由 吴朝辉 左言磊 曾小明 李钊历 王晓东 王逍 母杰 胡必龙 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种边界快速延伸的声波等离子体光栅产生方法,属于等离子体光学器件领域,步骤为：首先利用两束长脉冲激光在气体中干涉,由气体中的电致伸缩效应产生高频气体光栅结构；随后,再通过短脉冲激光电离气体光栅产生等离子体光栅,等离子体光栅的边界随着电离脉冲快速延伸；采用本发明的方法,可以得到稳定性更好、衍射效率大幅提高的等离子体光栅,并且,所得的等离子体光栅可以实现边界随短脉冲以光速延伸,可以用于激光的压缩、展宽以及高速光开关等动态调控。(The invention discloses a method for generating an acoustic wave plasma grating with a rapidly-extended boundary, which belongs to the field of plasma optical devices and comprises the following steps: firstly, utilizing two beams of long pulse laser to interfere in gas, and generating a high-frequency gas grating structure by the electrostriction effect in the gas; then, the gas grating is ionized by short pulse laser to generate a plasma grating, and the boundary of the plasma grating is rapidly extended along with the ionization pulse; the plasma grating with better stability and greatly improved diffraction efficiency can be obtained by adopting the method of the invention, and the obtained plasma grating can realize the extension of the boundary along with short pulses at the light speed and can be used for the compression and the broadening of laser, the dynamic regulation and control of a high-speed optical switch and the like.)

一种边界快速延伸的声波等离子体光栅产生方法

技术领域

本发明涉及等离子体光学器件领域，尤其涉及一种边界快速延伸的声波等离子体光栅产生方法。

背景技术

等离子体光学器件在强激光中有着重要的应用价值。由于等离子体的高损伤阈值，使其在强激光领域有着不可替代的作用。目前等离子体光学元件如等离子体镜、等离子体透镜、等离子体光栅等广泛应用于强激光领域。等离子体光栅为一种重要的光学元器件，可以实现对强激光的滤波、反射、偏振态转换以及全息照相等功能。

目前等离子体光栅的产生方式主要有两种：一种为两束激光在等离子体里干涉，利用激光场的有质动力作用产生等离子体光栅。另一种为两束激光在介质中干涉并电离，产生强弱分布的光场对介质离化率不一样而形成等离子体光栅，所产生的等离子体光栅能对激光产生衍射效应，并在一定程度上能操控激光。

然而，这两种方法衍射效率均在20%以下，即均存在衍射低的问题。此外，第一种方法还存在等离子体不稳定性影响较大的问题，第二种则由于干涉激光产生的光栅调制深度不够的问题。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种边界快速延伸的声波等离子体光栅产生方法，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种边界快速延伸的声波等离子体光栅产生方法，步骤为：首先利用两束长脉冲激光在气体中干涉，由气体中的电致伸缩效应产生高频声波；随后，再通过短脉冲激光电离气体光栅产生等离子体光栅，等离子体光栅的边界随着电离脉冲快速延伸。

作为优选的技术方案：所述长脉冲激光是激光脉宽半高宽＞1ns的激光。

作为优选的技术方案：所述短脉冲激光是激光脉宽半高宽＜100fs的激光。

本发明的声波等离子体光栅产生方法的核心之一为：采用激光电离气体中的高频声波产生等离子体光栅，相对于现有激光在等离子体中产生光栅的方式，该光等离子体栅稳定性更好。现有文献报道的声波衍射效率可以达到95%以上，采用飞秒脉冲电离声波能最大限度保持其衍射特性，从而大幅度提升等离子体光栅的衍射效率，即本发明的等离子体光栅的衍射效率可以达到接近95%；其次，核心之二为采用短脉冲电离声波产生一个边界随短脉冲以光速延伸的等离子体光栅，以实现对激光的动态调控；当光栅的边界以光速延伸时，能实现对激光的动态衍射和反射，可以用于激光的压缩、展宽以及高速光开关等。

本发明涉及的高频声波通过两束长脉冲激光在气体中干涉（布里渊效应）产生。布里渊效应广泛存在于固体、液体和气体中，其中，高频声波为布里渊效率的副产品；本发明的“高频声波”除非特别说明，均是指频率在10⁹Hz以上的声波；其主要原理为激光在气体中干涉产生稳定的强弱分布区，随后利用电致伸缩效应产生周期性的气体密度强弱分布，从而形成气体光栅。当两束激光的夹角为α时，产生的高频声波的周期为λ/2sin(α/2)，其中λ为激光的波长；通过调节两束光的夹角α可以使得声波的周期在λ/2到无穷大可调。

与现有技术相比，本发明的优点在于：采用本发明的方法，可以得到稳定性更好、衍射效率大幅提高的等离子体光栅，并且，所得的等离子体光栅可以实现边界随短脉冲以光速延伸，可以用于激光的压缩、展宽以及高速光开关等动态调控。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图2为本发明的实施光路图。

图中：1、长脉冲激光（虚线矩形框）；2、高频声波（虚线矩形阵列）；3、短脉冲激光（实线矩形框）；4、等离子体光栅（实线矩形阵列）；5、分光镜；6、7、8均为导光镜；9、10均为长脉冲聚焦透镜；11、短脉冲激光聚焦透镜；α为两束长脉冲激光的夹角，θ为长脉冲激光与短脉冲激光的夹角；图中箭头表示激光的传播方向。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例：

下述实施例中，

所述长脉冲激光是指激光脉宽半高宽＞1ns的激光；

所述短脉冲激光是指激光脉宽半高宽＜100fs的激光；

参见图1一种种边界快速延伸的声波等离子体光栅产生方法，其步骤为：

两束夹角为α的长脉冲激光1在气体中产生周期为λ/2sin(α/2)的高频声波2，短脉冲激光3电离声波产生等离子体光栅4，由于短脉冲激光3为短脉冲激光，所产生的等离子体光栅的边界随着4以光速延伸；

其光路图参见图2，长脉冲激光1通过分光镜5后被等比例分成两束，随后两束激光分别通过导光镜6、7、8和长脉冲聚焦透镜9、10聚焦到气体中产生高频声波；最后，短脉冲激光3通过短脉冲激光聚焦透镜11聚焦到气体中电离声波产生边界快速延伸的等离子体光栅4。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。