全息图是由反射物体或照片的干涉光束产生的三维(3D)图像。近年来，它们被用于各种场合，例如加强员工培训或创作更吸引人的艺术作品。

全息等离子体透镜及其产生的激光焦点(蓝色)的图示。来源:Edwards等人。

Lawrence Livermore 国家实验室、加州大学伯克利分校和普林斯顿大学的研究人员最近使用全息术设计了一种由等离子体制成的新型透镜。发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上的一篇论文介绍了这种透镜，它可以使更先进的激光和光学技术的发展成为可能。

“我们对等离子体透镜的研究来自于对等离子体光学的更大努力，我们一直试图用等离子体设计和制造光学组件，而不是用更传统的材料，比如玻璃。”进行这项研究的研究人员之一Matthew Edwards说，“等离子体是一种有用的光学材料，因为它可以承受比任何固体材料高得多的光强，因此我们可以使用等离子体光学来建造紧凑型超高功率激光器。”

全息等离子体透镜的示意图。

Edwards和他的同事在他们的论文中描述的衍射透镜是基于等离子体衍射光栅的改进版本，这是一种著名的物理工具，用于分离入射光中的颜色。因此，在准备他们的设计时，研究人员利用了他们在之前的光栅实验中获得的知识和发现。

从本质上说，这种新型全息等离子体透镜利用光通过等离子体时发生的相移来产生相带板。这本质上是一种光学，在这种光学中，光的建设性和破坏性干涉在透镜后产生一个高强度的焦点斑。

计算(3D PPS)厚等离子体透镜，显示准直(a)和聚焦(b)取决于初始探针聚焦位置。

Edwards说:“等离子体是由一对较弱的泵浦激光器之间的干涉产生和修正的。衍射透镜的优点是它对等离子体密度的缺陷有弹性。等离子体很难控制，所以这种鲁棒性很重要。”

Edwards 和他的同事设计的透镜是基于两个共线泵浦激光器，在气体射流中有不同的焦点重叠。因为是等离子体，所以可以承受很高的光强度，比玻璃镜片或其他非电离固体材料镜片的光强度高出1000到100万倍。

在他们的论文中，研究人员概述了衍射等离子体透镜的关键设计原则。此外，他们还提出了支撑等离子体功能的两种等离子体机制的模拟结果，即空间变化的电离和质量驱动的离子密度波动。

利用三维非线性包络方程求解器[(a)，(b)]和三维PIC模拟[(c)，(d)]模拟由SVI [(a)，(b)]和离子波动[(c)，(d)]形成的厚等离子体透镜的聚焦。

Edwards 和他的同事是第一批基于实验可实现的等离子体特性设计透镜的人。到目前为止，这种透镜还只是在理论上设计和模拟，但很快就能在实验室环境中通过实验实现。

Edwards 说:“实验证明这种透镜所需的参数与我们用等离子衍射光栅获得的参数相似。”

等离子体光学已经被证明是一种非常有前途的工具，因为它们抗损伤，可以用来操纵高强度的光。在未来，Edwards 创造的透镜和其他类似的光学元件可以用于制造高性能、高功率的等离子体激光器。

Edwards 说:“这种类型的光学器件有可能创造出峰值功率远高于目前所能制造的激光器，为探索高强度物理学开辟新的领域。我们现在正致力于在实验室中创造一个等离子体透镜，使我们能够通过实验来检查这种光学的性能和行为。我们还在开发其他类型的等离子体光学器件，目标是创建一个综合的等离子体组件工具箱，用于操纵高功率光。”

来源：Holographic Plasma Lenses, Physical Review Letters (2022). DOI:10.1103/PhysRevLett.128.065003