Sóng âm trong không khí làm chệch hướng các xung laser cường độ cao – Thế Giới Vật Lý

Sóng âm trong không khí làm chệch hướng các xung laser cường độ cao – Thế Giới Vật Lý

Dấu thời gian: 31 tháng 2023 năm 4 13:XNUMX sáng
Nút nguồn: 3037974


Bộ làm lệch âm thanh
Ý tưởng âm thanh: ánh sáng laser đi qua giữa một mảng phản xạ-đầu dò siêu âm tạo ra cách tử không khí Bragg. Chùm tia laser tương tác với cách tử này và bị lệch mà không truyền qua môi trường rắn. (Được phép: Phòng thí nghiệm Truyền thông Khoa học của DESY)

Sóng siêu âm trong không khí đã được sử dụng để điều khiển các chùm tia laser mạnh – đây là tuyên bố đầu tiên của các nhà nghiên cứu ở Đức. Cách tử Bragg quang âm của nhóm có thể dẫn đến những phương pháp mới và hữu ích để điều khiển ánh sáng.

Từ phát hiện sóng hấp dẫn đến chế tạo chất bán dẫn, phần lớn khoa học và công nghệ hiện đại đều dựa vào việc điều khiển chính xác ánh sáng laser.

“Các phần tử quang học như cách tử, thấu kính hoặc bộ điều biến luôn tạo thành các thành phần cơ bản đằng sau các thiết bị quang học bao gồm laser, kính hiển vi và đồng hồ nguyên tử, mang lại nhiều đột phá trong nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau,” Christoph Heyl tại nhà nghiên cứu giải thích. DESY, người đứng đầu nghiên cứu.

Tuy nhiên, nhu cầu về công suất cao hơn, xung ngắn hơn và kiểm soát chặt chẽ hơn các đặc tính của ánh sáng laser đang đẩy ngay cả các bộ phận quang học tiên tiến nhất vượt quá giới hạn của chúng. Ngày nay, các nhà nghiên cứu đang phải điều chỉnh các phương pháp của mình để tránh làm hỏng các thành phần quang học do ánh sáng gây ra và giảm thiểu sự hấp thụ không mong muốn cũng như các hiệu ứng phi tuyến làm suy giảm chất lượng của ánh sáng laser.

Thao tác mật độ

Nay Heyl và các đồng nghiệp vừa thực hiện một phương pháp mới để điều khiển ánh sáng hứa hẹn tránh được một số vấn đề liên quan đến các bộ phận quang học thông thường. Kỹ thuật của họ liên quan đến việc điều khiển mật độ không khí ở quy mô chiều dài ngang bằng với bước sóng ánh sáng.

Heyl giải thích: “Chúng tôi sử dụng các trường siêu âm cường độ cao để điều khiển và chuyển hướng trực tiếp các chùm tia laser dưới một góc nhỏ trong không khí xung quanh, sử dụng nguyên lý điều chế quang âm”.

Trong thí nghiệm của họ, các nhà nghiên cứu đã gắn một bộ chuyển đổi siêu âm đối diện với một bộ phản xạ âm thanh phẳng. Điều này tạo ra một sóng siêu âm đứng áp suất cao trong khe hở không khí – một sóng có sự thay đổi rõ rệt, định kỳ về mật độ không khí. Chiết suất của không khí tăng theo mật độ, do đó sóng đứng đóng vai trò như một cách tử Bragg có thể làm lệch hướng ánh sáng bằng nhiễu xạ quang học. Mặc dù kỹ thuật này được sử dụng để tạo ra các cách tử trong môi trường rắn như thủy tinh nhưng nhóm nghiên cứu cho biết đây là lần đầu tiên nó được thực hiện bằng cách sử dụng không khí.

Để sử dụng cách tử của mình, Heyl và các đồng nghiệp đã đặt một cặp gương đối diện vuông góc với sóng siêu âm đứng. Một chùm ánh sáng đi vào thiết bị và bị phản xạ tới lui nhiều lần trước khi thoát ra khỏi thiết bị. Điều này làm tăng khoảng cách ánh sáng truyền qua cách tử Bragg, tăng cường hiệu ứng nhiễu xạ.

Xử lý công suất cao

Đội nghiên cứu phát hiện ra rằng khoảng 50% ánh sáng tới bị lệch và phần còn lại được truyền đi – với chất lượng của ánh sáng laser tới được bảo toàn. Nhóm nghiên cứu cho biết các mô phỏng số cho thấy tỷ lệ này có thể tăng lên đáng kể trong tương lai. Hơn nữa, cách tử có thể xử lý các xung laser gigawatt mạnh hơn khoảng một nghìn lần so với giới hạn trên của các thiết bị sử dụng điều chế quang âm của vật liệu rắn.

Yannick Schrödel, nghiên cứu sinh tiến sĩ tại DESY, giải thích: “Phương pháp tiếp cận của chúng tôi giúp vượt qua những hạn chế mà môi trường rắn thường áp đặt: bao gồm các bậc có độ phân tán thấp hơn, công suất cực đại cao hơn và phạm vi bước sóng rộng hơn”.

Dựa trên những kết quả này, nhóm dự đoán sẽ có nhiều ứng dụng đa dạng trong tương lai cho cách tử quang học âm thanh Bragg của họ. Schrödel cho biết: “Phương pháp của chúng tôi cung cấp các đường dẫn trực tiếp đến các bộ điều biến pha và biên độ quang học mới, công tắc, bộ tách chùm tia và nhiều phần tử khác, được triển khai trực tiếp bằng cách sử dụng các cách tử dựa trên khí”.

Nhóm nghiên cứu cũng mong muốn phát triển các công nghệ mới khác để điều khiển ánh sáng. Schrödel tiếp tục: “Ngoài ra, các phần tử quang học tiên tiến hơn có thể được hiện thực hóa”. “Điều này có thể mang lại những hướng đi mới thú vị cho quang học cực nhanh và các lĩnh vực khác đang gặp phải những giới hạn về công suất quang và vùng phủ quang phổ.”

Cách tử Bragg quang âm được mô tả trong Thiên nhiên Photonics.

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý