利用空氣制成的隱形光柵可使激光偏轉(zhuǎn)

一個(gè)跨學(xué)科研究小組利用一種新方法，僅使用空氣可以偏轉(zhuǎn)激光束。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然·光子學(xué)》雜志上，一個(gè)由空氣制成的隱形光柵不僅不會(huì)受到激光的損壞，而且還能保持激光束的原始質(zhì)量。

這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)使用聲波來(lái)調(diào)制激光束經(jīng)過(guò)區(qū)域的空氣。第一作者Yannick Schr?del解釋說(shuō)：“我們已經(jīng)在聲密度波的幫助下產(chǎn)生了一個(gè)光柵?！?他是德國(guó)耶拿亥姆霍茲研究所和亥姆霍茲研究所的博士生。

在特殊揚(yáng)聲器的幫助下，研究人員在空氣中塑造了密集和不密集區(qū)域的模式，形成了條紋光柵。在某種程度上，這與地球大氣層中空氣密度的差異如何彎曲光線類(lèi)似，密度模式扮演了改變激光光束方向的光柵角色。

Schr?del說(shuō)：“然而，與在地球大氣層中偏轉(zhuǎn)相比，通過(guò)衍射光柵偏轉(zhuǎn)光線可以更精確地控制激光。光柵的特性受到聲波頻率和強(qiáng)度(換句話說(shuō)，音量)的影響。”

在第一次實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，一個(gè)強(qiáng)紅外激光脈沖可以以50%的效率被重新定向。根據(jù)數(shù)值模型，未來(lái)可能會(huì)有更高的效率。

在第一次測(cè)試中，科學(xué)家們不得不把他們的特殊揚(yáng)聲器調(diào)高。領(lǐng)導(dǎo)該研究項(xiàng)目的德國(guó)電子科學(xué)與技術(shù)研究院和亥姆霍茲耶拿研究所的科學(xué)家Christoph Heyl解釋說(shuō)：“我們正在移動(dòng)在一個(gè)大約140分貝的聲音水平上，相當(dāng)于幾米外的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)。幸運(yùn)的是，我們是在超聲波范圍內(nèi)，我們的耳朵無(wú)法接收到。”

該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)在高性能光學(xué)方面具有巨大的潛力。在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究人員使用了峰值功率為20吉瓦的紅外激光脈沖，相當(dāng)于大約20億個(gè)LED燈泡的功率。這種甚至更高功率級(jí)別的激光器被用于材料加工、聚變研究或最新的粒子加速器。

Heyl解釋說(shuō)：“在這個(gè)功率范圍內(nèi)，鏡子、透鏡和棱鏡的材料特性大大限制了它們的使用，在實(shí)際應(yīng)用中，這種光學(xué)元件很容易被強(qiáng)激光束損壞。此外，激光束的質(zhì)量也受到了影響。相比之下，我們已經(jīng)設(shè)法以不接觸、保持質(zhì)量的方式使激光束偏轉(zhuǎn)?！?/p>

科學(xué)家們強(qiáng)調(diào)，氣體中激光的光聲控制原理不僅限于光柵的產(chǎn)生。它可能還可以轉(zhuǎn)移到其他光學(xué)元件，如透鏡和波導(dǎo)。

Heyl解釋說(shuō)：“我們已經(jīng)考慮了很長(zhǎng)時(shí)間，并很快意識(shí)到極端的聲音水平是必要的。起初，這些似乎在技術(shù)上不可行。然而，我們沒(méi)有放棄，最終在達(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)的研究人員以及Inoson公司的支持下找到了解決方案。首先，我們用普通空氣測(cè)試了我們的技術(shù)。例如，下一步，我們還將使用其他氣體，以利用其他波長(zhǎng)和其他光學(xué)特性和幾何形狀?！?/p>

光線直接偏轉(zhuǎn)到周?chē)目諝庵?，這已經(jīng)得到證明，開(kāi)辟了有前景的應(yīng)用，特別是作為高功率激光器的快速開(kāi)關(guān)。Heyl解釋說(shuō)：“目前，光的非接觸控制的潛力及其擴(kuò)展到其他應(yīng)用程序只能想象?，F(xiàn)代光學(xué)幾乎完全基于光與固體物質(zhì)的相互作用。我們的方法開(kāi)辟了一個(gè)全新的方向?！?br />
審核編輯 黃宇