Fale dźwiękowe w powietrzu odbijają intensywne impulsy laserowe – Świat Fizyki

Fale ultradźwiękowe w powietrzu wykorzystano do manipulowania potężnymi wiązkami laserowymi – co po raz pierwszy stwierdzili naukowcy z Niemiec. Opracowana przez zespół akustooptyczna siatka Bragga może prowadzić do nowych i użytecznych sposobów manipulowania światłem.

Od wykrywania fal grawitacyjnych po produkcję półprzewodników – większość współczesnej nauki i technologii opiera się na precyzyjnej kontroli światła laserowego.

„Elementy optyczne, takie jak siatki, soczewki czy modulatory, zawsze stanowiły podstawowe składniki urządzeń optycznych, w tym laserów, mikroskopów i zegarów atomowych, które umożliwiły wiele przełomów w różnych dziedzinach nauki” – wyjaśnia Christoph Heyl z DESY, który prowadził badania.

Jednak wymagania dotyczące wyższej mocy, krótszych impulsów i ściślejszej kontroli nad właściwościami światła laserowego wypychają nawet najbardziej zaawansowane elementy optyczne poza ich granice. Obecnie badacze muszą dostosować swoje metody, aby uniknąć uszkodzeń elementów optycznych wywołanych światłem oraz złagodzić niepożądaną absorpcję i efekty nieliniowe, które pogarszają jakość światła laserowego.

Manipulacja gęstością

Teraz Heyl i współpracownicy przyjęli nowatorskie podejście do kontrolowania światła, które pozwala uniknąć niektórych problemów związanych z konwencjonalnymi komponentami optycznymi. Ich technika polega na manipulowaniu gęstością powietrza w skali długości równej długości fali światła.

„Wykorzystujemy bardzo intensywne pola ultradźwiękowe do kontrolowania i przekierowywania wiązek lasera pod małym kątem bezpośrednio w otaczającym powietrzu, stosując zasadę modulacji akustooptycznej” – wyjaśnia Heyl.

W swoim eksperymencie naukowcy zamontowali przetwornik ultradźwiękowy naprzeciwko płaskiego reflektora dźwięku. W ten sposób w szczelinie powietrznej powstaje stojąca fala ultradźwiękowa pod wysokim ciśnieniem – fala charakteryzująca się ostrymi, okresowymi zmianami gęstości powietrza. Współczynnik załamania powietrza wzrasta wraz z gęstością, dlatego fala stojąca działa jak siatka Bragga, która może odchylać światło za pomocą dyfrakcji optycznej. Choć technikę tę stosuje się do tworzenia siatek w materiałach stałych, takich jak szkło, zespół twierdzi, że po raz pierwszy udało się to zrobić przy użyciu powietrza.

Aby wykorzystać swoją siatkę, Heyl i współpracownicy umieścili parę przeciwległych lusterek prostopadle do stojącej fali ultradźwiękowej. Wiązka światła wchodzi do urządzenia i jest wielokrotnie odbijana w tę i z powrotem, zanim opuści urządzenie. Zwiększa to odległość, jaką światło przebywa przez siatkę Bragga, wzmacniając efekt dyfrakcji.

Obsługa dużej mocy

Zespół odkrył, że około 50% padającego światła zostało odbite, a pozostała część została przepuszczona, przy zachowaniu jakości padającego światła laserowego. Zespół twierdzi, że symulacje numeryczne sugerują, że odsetek ten może w przyszłości znacznie wzrosnąć. Co więcej, siatka jest w stanie wytrzymać gigawatowe impulsy lasera o intensywności około tysiąc razy większej niż górna granica urządzeń wykorzystujących modulację akustooptyczną materiałów stałych.

„Nasze podejście pozwala ominąć ograniczenia, które zwykle nakładają media stałe: w tym o rząd wielkości niższą dyspersję, wyższe moce szczytowe i szersze zakresy długości fal” – wyjaśnia członek zespołu Yannick Schrödel, który jest doktorantem w DESY.

Na podstawie tych wyników zespół przewiduje różnorodne przyszłe zastosowania akustyczno-optycznej siatki Bragga. „Nasza metoda zapewnia bezpośrednie drogi do nowatorskich optycznych modulatorów amplitudy i fazy, przełączników, rozdzielaczy wiązki i wielu innych elementów, wdrażanych bezpośrednio przy użyciu siatek gazowych” – mówi Schrödel.

Zespół nie może się także doczekać opracowania innych nowych technologii manipulowania światłem. „Ponadto można by zrealizować bardziej zaawansowane elementy optyczne” – kontynuuje Schrödel. „Może to umożliwić nowe, ekscytujące kierunki w zakresie ultraszybkiej optyki i innych dziedzin, w których występują ograniczenia mocy optycznej i pokrycia widmowego”.

Siatkę akustooptyczną Bragga opisano w Nature Photonics.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/sound-waves-in-air-deflect-intense-laser-pulses/