激光等离子体领域,强答。
压电 变形镜「deformable mirror」,逆压电效应。
变形镜,顾名思义为可以变形的镜子。用途为修正激光波前畸变。原理如下图。波前不平的激光入射反射镜后,要想出射光的波前是平的,就要求镜子是不平的。一般变形镜被分割成很多小的单元,每一个小的单元连接一个压电传感器,如图里黑色柱状结构。给传感器施加电压导致其拉伸。当给很多传感器施加不同的电压后,就能实现所需的特殊构型的反射镜结构, 从而实现控制波前的目的。
变形镜是电极化导致的形变,而不是形变导致的电极化,因此是逆压电效应。
![](https://pica.zhimg.com/v2-e6c77cdb413a94b9e94032afbbd7cde3_720w.jpg?source=8673f162)
热电热磁 Biermann battery effect
超强激光与固体相互作用可以局域的产生高温高密度的等离子体。局域性导致等离子体沿特定方向具有温度梯度、密度梯度和压力梯度。图中的公式可以看出,压力梯度能够产生电场,而温度梯度和密度梯度的差积则能够产生变化的磁场。这种效应产生的磁场可到数百兆高斯量级,远高于目前工业上能够产生的磁场强度。
感觉这个效应应该和 Nernst 效应原理是一致的吧。
![](https://pic1.zhimg.com/v2-8273f0518d655d75545cc5bc3a741535_720w.jpg?source=8673f162)
磁光 法拉第效应
产生了强磁场以后,磁场可进一步作用于光,即所谓的磁光法拉第旋光效应。这里介绍一个激光等离子体产生强磁场并使用法拉第效应诊断磁场强度的实验[1]。
这个实验中磁场产生的关键是两片联通的镍盘,其中一个是中空的环形结构。激光聚焦在里面的圆盘上产生等离子体和大量的热电子。热电子膨胀至环形镍盘上,造成两盘之间巨大的电势差,从而产生环形电流回路,进而产生千特斯拉量级的强磁场。
磁场产生后,探针光通过磁场区域,从而产生法拉第旋光效应。这束光最后通过沃拉斯顿棱镜分成偏振垂直的两束光。对比两束光的强度就可以就算出磁场的强度。
![](https://pic1.zhimg.com/v2-25807f91f20a3ebf0c37fe2a3f8d4c52_720w.jpg?source=8673f162)
声光 激光脉冲整形「acousto-optic programmable dispersive filter」AOPDF
利用声光效应可对超短激光脉冲进行脉冲整形,如下图。AOPDF 的原理很简单,声光耦合[2][3]。当满足相位匹配条件的时候,光学信号能够被声光晶体中的声学信号在特定时间延时特定频率散射,从而达到脉冲形状调制的目的。
如图示, 声波信号沿 z 轴传播,产生特定的时域声波波形。我们知道两个声光作用能够使两个光波信号强烈耦合,但前提是要满足相位匹配条件。如果在特定位置只有特定频率的光满足与声信号的相位匹配,那么只有那个特定频率的光能在特定 z 位置被散射。假如入射光初始的模式为 mode1,每一特定频率
在实现相位匹配条件时已传播某特定距离。那么在位置
,部分能量被散射到了 mode2。最后 mode2 下出射的光将会由不同位置散射的不同频率的光组成。如果不同模式下的光的传播速度不同,那么不同频率的光的时间延时将不同。另外,不同频率的光的强度,即散射效率,可由特定位置
处声波的强度来控制。最终出射的光信号
将是入射光信号
和声信号
的函数:
是声波频率与光波频率的比值。频域则可以写成:
![](https://picx.zhimg.com/v2-806321d44ab43d6baffbacb063b40d21_720w.jpg?source=8673f162)
实际上这里面也包含了电声相互作用,因为声波信号是电信号通过 transducer 激励来的。