الموجات الصوتية في الهواء تحرف نبضات الليزر المكثفة – عالم الفيزياء

تم استخدام الموجات فوق الصوتية في الهواء للتحكم في أشعة الليزر القوية، في تجربة أولى أعلن عنها باحثون في ألمانيا. يمكن أن يؤدي شبك Bragg الصوتي البصري الذي ابتكره الفريق إلى طرق جديدة ومفيدة لمعالجة الضوء.

من اكتشاف موجات الجاذبية إلى تصنيع أشباه الموصلات، يعتمد جزء كبير من العلوم والتكنولوجيا الحديثة على التحكم الدقيق في ضوء الليزر.

"لقد شكلت العناصر البصرية مثل الشبكات أو العدسات أو المعدلات دائمًا المكونات الأساسية وراء الأجهزة البصرية بما في ذلك أجهزة الليزر والمجاهر والساعات الذرية، والتي مكنت من تحقيق العديد من الاختراقات في مختلف المجالات العلمية،" يوضح كريستوف هايل في ديسيالذي قاد البحث.

ومع ذلك، فإن الطلب على طاقة أعلى ونبضات أقصر وتحكم أكثر صرامة في خصائص ضوء الليزر يدفع حتى العناصر البصرية الأكثر تقدمًا إلى ما هو أبعد من حدودها. اليوم، يتعين على الباحثين تكييف أساليبهم لتجنب الأضرار الناجمة عن الضوء للمكونات البصرية، والتخفيف من الامتصاص غير المرغوب فيه والتأثيرات غير الخطية التي تؤدي إلى تدهور جودة ضوء الليزر.

التلاعب بالكثافة

والآن اتبع هايل وزملاؤه نهجًا جديدًا للتحكم في الضوء، وهو ما يعد بتجنب بعض المشكلات المرتبطة بالمكونات البصرية التقليدية. تتضمن تقنيتهم ​​معالجة كثافة الهواء بمقاييس طولية متساوية مع الطول الموجي للضوء.

"نحن نستخدم مجالات الموجات فوق الصوتية عالية الكثافة للتحكم وإعادة توجيه أشعة الليزر تحت زاوية صغيرة مباشرة في الهواء المحيط، وذلك باستخدام مبدأ التعديل الصوتي البصري"، يشرح هيل.

في تجربتهم، قام الباحثون بتركيب محول طاقة بالموجات فوق الصوتية مقابل عاكس صوت مستو. يؤدي هذا إلى إنشاء موجة فوق صوتية عالية الضغط في فجوة الهواء - وهي موجة تتميز بتغيرات دورية حادة في كثافة الهواء. ويزداد مؤشر انكسار الهواء مع الكثافة، وبالتالي فإن الموجة المستقرة تعمل بمثابة شبكة براغ التي يمكنها تحويل الضوء باستخدام الحيود البصري. في حين يتم استخدام هذه التقنية لإنشاء شبكات في الوسائط الصلبة مثل الزجاج، يقول الفريق أن هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها ذلك باستخدام الهواء.

لاستخدام شبكتهم، وضع هيل وزملاؤه زوجًا من المرايا المتقابلة المتعامدة بشكل عمودي على موجة الموجات فوق الصوتية الدائمة. يدخل شعاع من الضوء إلى الجهاز وينعكس ذهابًا وإيابًا عدة مرات قبل الخروج من الجهاز. وهذا يزيد من المسافة التي يقطعها الضوء عبر محزوز براغ، مما يعزز تأثير الحيود.

التعامل مع الطاقة العالية

ووجد الفريق أن حوالي 50% من ضوء الليزر الساقط انحرف وتم نقل الباقي، مع الحفاظ على جودة ضوء الليزر الساقط. ويقول الفريق إن عمليات المحاكاة العددية تشير إلى إمكانية زيادة هذه النسبة بشكل كبير في المستقبل. علاوة على ذلك، يمكن للشبكة أن تتعامل مع نبضات ليزر جيجاوات أقوى بنحو ألف مرة من الحد الأعلى للأجهزة التي تستخدم التعديل الصوتي البصري للمواد الصلبة.

يوضح عضو الفريق يانيك شرودل، وهو طالب دكتوراه في DESY: "يوفر نهجنا تجاوزًا للقيود التي تفرضها الوسائط الصلبة عادة: بما في ذلك مستويات التشتت الأقل، وقدرات الذروة الأعلى، ونطاقات الطول الموجي الأوسع".

واستنادًا إلى هذه النتائج، يتوقع الفريق مجموعة متنوعة من التطبيقات المستقبلية لشبك Bragg البصري الصوتي. يقول شرودل: "توفر طريقتنا طرقًا مباشرة لمعدلات السعة والطور البصرية الجديدة، والمفاتيح، ومقسمات الشعاع، والعديد من العناصر الأخرى، والتي يتم تنفيذها مباشرة باستخدام الشبكات القائمة على الغاز".

ويتطلع الفريق أيضًا إلى تطوير تقنيات جديدة أخرى لمعالجة الضوء. "بالإضافة إلى ذلك، يمكن تحقيق عناصر بصرية أكثر تقدمًا،" يتابع شرودل. "وهذا يمكن أن يتيح اتجاهات جديدة ومثيرة للبصريات فائقة السرعة، وغيرها من المجالات التي تواجه حدودًا في الطاقة الضوئية والتغطية الطيفية."

تم وصف شبكة Bragg الصوتية البصرية في طبيعة الضوئيات.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/sound-waves-in-air-deflect-intense-laser-pulses/