Невидимая решетка отклоняет лазер, используя только воздух и звук
Инновационная концепция меняет направление лазерного луча с помощью звуковых волн.
Направление действия лазеров является ключевой частью оптических систем, и теперь инженеры DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron, исследовательский центр по физике частиц) разработали способ изгибать лазерные лучи, не касаясь их. Свет отклоняется с помощью невидимой решетки из воздуха, сформированной акустикой.
В оптических системах лазеры обычно перенаправляются с помощью линз и зеркал, но при высоких энергиях, например, используемых для обработки материалов, ускорителей частиц или исследований в области термоядерной энергии, эти компоненты могут нуждаться в замене слишком часто.
«В таком диапазоне мощности свойства материалов зеркал, линз и призм существенно ограничивают их использование, и такие оптические элементы на практике легко повреждаются мощными лазерными лучами», — сказал Кристоф Хейл, ведущий исследователь нового проекта.
«Кроме того, страдает качество лазерного луча. Напротив, нам удалось отклонять лазерные лучи, сохраняя качество, бесконтактно».
Исследователи DESY использовали воздух, созданный акустикой. Звуковые волны — это, по сути, всего лишь вариации давления воздуха, поэтому увеличьте громкость достаточно сильно, и вы сможете генерировать звуковые волны, достаточно мощные, чтобы поднимать объекты в воздух — или, в данном случае, манипулировать самим светом.
Ученые использовали пару ультразвуковых громкоговорителей, обращенных друг к другу, которые создавали карманы воздуха с более высокой или низкой плотностью, образуя решетку.
Когда через эту решетку пропускался инфракрасный лазер, свет отклонялся с эффективностью более 50%. По словам команды, повышение эффективности должно стать возможным при дальнейшей работе.
В этих испытаниях использовалось довольно мощное оборудование: мощность лазера составляла 20 гигаватт, а громкость динамиков должна была достигать 140 децибел, что соответствует громкости реактивного двигателя на расстоянии нескольких метров. К счастью, поскольку это ультразвук, он не уловим человеческим ухом.
Ученые говорят, что новый метод может быть полезен в качестве быстрого переключателя для лазеров, а в будущих работах можно экспериментировать с формированием других форм, помимо решеток, включая линзы и волноводы. И им не обязательно ограничиваться обычным воздухом.
«Сначала мы опробовали нашу технику на обычном воздухе», — сказал Кристоф Хейл. «Далее, например, мы также будем использовать другие газы, чтобы получить доступ к другим длинам волн и другим оптическим свойствам и геометрии».
Исследование было опубликовано в журнале Nature Photonics.