Звуковые волны в воздухе отклоняют интенсивные лазерные импульсы

Ультразвуковые волны в воздухе использовались для управления мощными лазерными лучами – впервые об этом заявили исследователи из Германии. Акустооптическая решетка Брэгга, созданная командой, может привести к новым и полезным способам манипулирования светом.

От обнаружения гравитационных волн до производства полупроводников — большая часть современной науки и техники опирается на точный контроль лазерного света.

«Оптические элементы, такие как решетки, линзы или модуляторы, всегда составляли основные компоненты оптических устройств, включая лазеры, микроскопы и атомные часы, которые способствовали множеству прорывов в различных научных областях», — объясняет Кристоф Хейл из ДЕЗИ, который возглавлял исследование.

Однако требования к более высокой мощности, более коротким импульсам и более жесткому контролю над свойствами лазерного света выталкивают даже самые совершенные оптические элементы за пределы их возможностей. Сегодня исследователям приходится адаптировать свои методы, чтобы избежать вызванного светом повреждения оптических компонентов и снизить нежелательное поглощение и нелинейные эффекты, которые ухудшают качество лазерного света.

Манипулирование плотностью

Теперь Хейл и его коллеги применили новый подход к управлению светом, который обещает избежать некоторых проблем, связанных с традиционными оптическими компонентами. Их техника предполагает управление плотностью воздуха в масштабах длины наравне с длиной волны света.

«Мы используем высокоинтенсивные ультразвуковые поля для управления и перенаправления лазерных лучей под небольшим углом непосредственно в окружающий воздух, используя принцип акустооптической модуляции», — объясняет Хейл.

В своем эксперименте исследователи установили ультразвуковой преобразователь напротив плоского звукового отражателя. Это создает стоячую ультразвуковую волну высокого давления в воздушном зазоре – волну, которая характеризуется резкими периодическими изменениями плотности воздуха. Показатель преломления воздуха увеличивается с увеличением плотности, поэтому стоячая волна действует как решетка Брэгга, которая может отклонять свет с помощью оптической дифракции. Хотя этот метод используется для создания решеток из твердых материалов, таких как стекло, команда утверждает, что впервые это было сделано с использованием воздуха.

Чтобы использовать свою решетку, Хейл и его коллеги разместили пару противоположных зеркал перпендикулярно стоячей ультразвуковой волне. Луч света попадает в устройство и многократно отражается туда и обратно, прежде чем выйти из устройства. Это увеличивает расстояние, которое свет проходит через решетку Брэгга, усиливая эффект дифракции.

Высокая мощность

Команда обнаружила, что около 50% падающего света отклонялось, а остальная часть пропускалась – при этом качество падающего лазерного света сохранялось. Команда говорит, что численное моделирование предполагает, что этот процент может быть значительно увеличен в будущем. Более того, решетка способна выдерживать гигаваттные лазерные импульсы, интенсивность которых примерно в тысячу раз превышает верхний предел устройств, использующих акустооптическую модуляцию твердых материалов.

«Наш подход позволяет обойти ограничения, которые обычно налагают твердые среды: в том числе меньшая дисперсия на несколько порядков, более высокие пиковые мощности и более широкие диапазоны длин волн», — объясняет член команды Янник Шредель, аспирант DESY.

Основываясь на этих результатах, команда предсказывает разнообразные будущие применения своей акустической оптической брэгговской решетки. «Наш метод обеспечивает прямой путь к новым оптическим амплитудным и фазовым модуляторам, переключателям, светоделителям и многим другим элементам, реализованным непосредственно с использованием газовых решеток», — говорит Шредель.

Команда также надеется на разработку других новых технологий управления светом. «Кроме того, могут быть реализованы более совершенные оптические элементы», — продолжает Шредель. «Это может открыть новые направления для сверхбыстрой оптики и других областей, которые сталкиваются с ограничениями в оптической мощности и спектральном охвате».

Акустооптическая брэгговская решетка описана в Nature Photonics.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/sound-waves-in-air-deflect-intense-laser-pulses/