研究人员首次成功利用空气偏转激光！

2023-10-11 17:21

近日，德国电子同步加速器（DESY）研究中心的研究人员宣布，他们现在能够通过使用由空气制成的不可见光栅系统来偏转激光光束。据介绍，这种光学系统是用超声波制造的，不会被激光损坏（毕竟它只是空气），也不会降低光束的质量。

该团队已经为这种新方法申请了专利，相关论文则发表在《自然·光子学》（Nature Photonics）杂志上。它包括使用一个特殊的扬声器，从而可以创造不同密度的空气模式。虽然质量保持不变，但目前该装置的效率只有50％，但该团队相信这些方面可以在未来进一步推进。

上述研究论文的第一作者、耶拿DESY和亥姆霍兹研究所的博士生Yannick Schr?del在一份声明中表示，他们已经在声密度波的基础上制造产生了一个光学光栅。

这项创新技术使用了140分贝的声波（相当于几米外的喷气发动机声级），但在超声波范围内，所以人耳听不到。这些声波形成了密度不同的层。这项工作的灵感来自于光在穿过不同密度的层时，如何被地球大气层弯曲。

“然而，与地球大气中的偏转相比，通过衍射光栅偏转光线可以更精确地控制激光。”Schr?del解释称，光栅的特性受声波的频率和强度的影响。

在实验中，研究人员使用了峰值功率为20GW的红外激光脉冲——这相当于大约20亿个LED，或者将16．5辆德罗宁汽车送回未来所需的能量。由于其功率特性，这样的激光可以用来加工材料等。

“在这个功率范围内，镜子、透镜和棱镜的材料特性极大地限制了它们的使用，而且这些光学元件在实践中很容易被强激光束损坏。”同样来自DESY和Helmholtz研究所的项目负责人Christoph Heyl补充称，“此外，激光束的质量也会受到影响。相比之下，我们已经设法在无接触的情况下以保持质量的方式偏转激光束。”

DESY研究人员提到，该项研究中极端的声级是必要的。虽然最初极端声级似乎无法在技术上实现，但最终在达姆施塔特工业大学研究人员以及Inoson公司的支持下，他们找到了解决方案。目前，DESY团队已成功将该技术与普通空气结合产生相关应用。

现在，该团队已经能够创造出一个光栅系统，但他们相信他们还将使用其他气体应用于其他波长，或产生其他光学特性、光学结构——比如透镜和波导。而且，甚至可以使用不同的气体与不同类型的激光相互作用。

“光的非接触式控制的潜力，以及它可扩展的其他应用目前只停留在想象的层面，”Heyl表示，“现代光学几乎完全建立在光与固体物质相互作用的基础上。我们的方法开辟了一个全新的方向。”