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第22卷第12期2010年12月强激光与粒子束H1G H P O W ER L A S E R A N D PA R TI C I。
E B EA M SV01．22，N o．12D ec．，2010文章编号：100卜4322(2010)12—2921—04高功率激光系统空间滤波小孑L等离子体特性’张鑫，袁强，赵军普，胡东霞，代万俊，周维，蒋学君，邓武，张篦(中国工程物理研究院激光聚变研究中心，四川绵阳621900)摘要：为解决高功率固体激光系统空间滤波小孑L堵孔问题，针对空间滤波zl,：E中的等离子体溅射现象，对等离子体扩散1维分布模型进行了分析。
分别对铝、金和碳等3种典型材料l维分布情况及扩散速度进行了数值模拟，得到等离子体扩散速度大约为107cm／s。
根据模拟计算结果，分析了神光Ⅲ原型装置助推放大级的堵孔风险，结果表明，在长脉冲情况下等离子体溅射造成的影响不可忽略。
关键词：高功率固体激光系统；空间滤波小孔；等离子体溅射；等离子体堵孔中图分类号：0531文献标志码：A doi：10．3788／H PI，PB20102212．2921高功率固体激光装置中，光学元件缺陷会导致空间调制，对焦斑主瓣、焦斑旁瓣及光束近场均会产生影响，其中，中高频段相位畸变非线性增长较快，容易引起非线性小尺度自聚焦，造成光学元件损伤。
目前，空间滤波器是高功率固体激光装置中控制非线性增长的关键单元[1。
2]，由两个会聚透镜和放置在焦平面上的一个滤波小孔组成。
小孔可以阻止传输过程中非线性增益较高的中高频成份，改善光柬质量，保证激光装置的安全性，并提高装置的运行效率。
激光与空间滤波小孔材料相互作用产生的等离子体溅射物是限制空间滤波器应用的一个重要因素[3’5]。
等离子体的产生会导致光束偏转，引起反射激光，破坏真空环境，一定程度上造成滤波小孔堵孔，降低光束质量，限制了激光器的有效运行。
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实验室的P．M．C e l l i er s等人利用L A X N E X程序，分别对平面孔和锥形孔的等离子体分布进行了数值模拟[6]，对等离子体堵孑L现象进行了离线实验观测；J．E．M ur ray等人还对不同结构和不同材料的小孔进行了在线实验观测[7]。
金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用一、引言金属纳米结构表面等离子体共振是一种新颖且引人注目的现象，它能够在纳米尺度上引发表面等离子体振动，产生极强的电场增强效应。
这一现象在光学、电子学、传感器和生物医学等领域具有潜在的应用价值。
本文将深入探讨金属纳米结构表面等离子体共振的调控和利用，带领读者进入一个未知领域，深度挖掘其潜力和应用前景。
二、概述金属纳米结构表面等离子体共振是指金属纳米结构在受激光照射时，表面自由电子被激发而引起的等离子体振动。
这种振动在可见光和红外区域表现出特定频率的共振特性，可以产生强烈的光场增强效应，从而被广泛应用于传感器、表面增强拉曼光谱等领域。
通过调控金属纳米结构的形貌、大小和排列方式，可以进一步调控其表面等离子体共振效应，实现在不同频段的光学响应，为光子学器件的设计和制备提供了新思路。
三、金属纳米结构表面等离子体共振的调控1. 形貌调控通过调控金属纳米结构的形貌，比如尺寸、形状和结构，可以实现对其表面等离子体共振的调控。
通过控制金纳米粒子的直径，可以调整其等离子体共振的频率，实现在不同波段的光学响应。
2. 材料选择不同金属材料具有不同的等离子体共振特性，因此材料的选择也是调控表面等离子体共振的重要手段。
比如银纳米结构表现出更强的等离子体共振效应，因此在一些高灵敏度传感器和光学器件中有广泛的应用。
3. 外界条件调控通过外界条件的调控，比如温度、压力和介质等，也可以对金属纳米结构表面等离子体共振进行调控。
这一手段对于生物医学领域的应用具有重要意义，可以实现在生物介质中的高灵敏度检测。
四、金属纳米结构表面等离子体共振的利用1. 传感器金属纳米结构表面等离子体共振具有高灵敏度和选择性，因此在化学、生物、环境等领域的传感器中有重要应用。
通过表面等离子体共振效应，可以实现对微量分子的检测，具有广阔的应用前景。
2. 表面增强拉曼光谱金属纳米结构表面等离子体共振效应还可以实现对拉曼光谱的增强，被广泛应用于化学成分分析、生物分子检测等领域。
细说神奇的表面等离子体波光通信的新宠——表面等离子体波光纤是现在全世界最普遍使用的传递光信号的传播器件。
它巨大的容量使得科学研究人员对于它将来能够取代微处理器和电子计算机芯片中的各种电子器件充满信心。
但是很不幸的是，光纤的尺寸太大使得它和小巧的芯片接口无法匹配。
光电子器件大的原因在于其尺寸被衍射这一物理规律所制约。
空间中相聚很近的光之间会相互干涉叠加，这导致承载光信号的光纤的最小宽度是光波长的一半。
芯片上传播的光信号通常是1500nm波长的远红外光（这也是人类规定的一切通讯电磁波的波长）。
这样光纤的最小宽度会远大于我们目前正在使用的纳米电子器件（硅的集成芯片通常只有100nm的量级），使得光纤和芯片的接口无法匹配。
毫无疑问，人类对于这个衍射极限是无法突破的，因此一度陷入沮丧。
但是最近几十年来，人们发现了一种可以用做电子器件与光纤通信媒介的现象：plasmon （表面等离子体波在金属和介质表面的震动），使得整个研究方向重现曙光。
当电磁波在金属和介质表面传播的时候，会引起金属表面电子的共振。
电子振动的频率和电磁波是吻合的，但是却有着比电磁波小很多倍的波长（如上图所示）。
这意味着，这种表面plasmon振动的波长是被极大压缩了的，可以用来连接大尺度的光纤和纳米级的电子器件。
在金属和电介质表面可以看到，在光纤中同样频率电磁光的波长在meta-material（利用上述plasmon现象制作的材料）中被压缩了几十甚至上百倍（如上图所示），这样光纤和芯片接口尺寸不匹配的问题被解决了，我们只需要在中间加一个plasmonic的转换过渡（如下图所示）。
该器件的一个极大的优点就是低功耗。
或许有人会疑惑，因为人们对金属的第一印象就是电磁波会被金属所吸收转化成热量。
然而这种表面的plasmon的功耗极小，因为它只是在金属的表面振动，根本没有进入金属内部，所以自然耗散极小。
表面等离子体波的历史1）炼金术士的彩色酒杯炼金术士们在几千年前就已经不经意地参杂金属物质，通过plasmonics的效应来制作有颜色的酒杯。
