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一种新方法，首次成功用“空气”偏转激光
光子盒研究院
空气中的超声波被用来操纵强大的激光束——这是德国研究人员首次宣称的，该团队的声光布拉格光栅可能会带来操纵光的新的有用方法。仅由空气制成的隐形光栅不仅不会受到激光的损坏，而且还可以保留光束的原始质量。现在，研究人员已为他们的方法申请了专利。
从引力波探测到半导体制造，许多现代科学技术都依赖于对激光的精确控制。
“光栅、透镜或调制器等光学元件一直是激光器、显微镜和原子钟等光学设备背后的基本要素，它们在各个科学领域实现了许多突破。”领导这项研究的DESY克里斯托夫·海尔（Christoph Heyl）解释说。
然而，对更高功率、更短脉冲和更严格控制激光特性的要求，甚至将最先进的光学元件推向了极限。如今，研究人员不得不调整他们的方法，以避免光对光学元件造成损害，并减轻降低激光质量的不必要的吸收和非线性效应。
现在，海尔及其同事采用了新颖的方法来控制光线，有望避免传统光学元件带来的一些问题：他们的技术涉及在与光波长相同的长度尺度上操纵空气密度。
海尔解释说：“我们利用声光调制原理，采用高强度超声场，直接在环境空气中对激光束进行小角度控制和重定向。”
在实验中，研究人员将超声换能器安装在平面声反射器的对面。这就在气隙中产生了高压驻留超声波——这种波的特点是空气密度的急剧、周期性变化。空气的折射率随密度的增加而增加，因此驻波就像布拉格光栅一样，可以利用光衍射使光发生偏转。虽然这种技术被用于在玻璃等固体介质中制造光栅，但该研究小组表示，这是首次使用空气制造光栅。
为了使用他们的光栅，海尔及其同事放置了一对垂直于驻留超声波的相对面镜子。一束光进入设备，在离开设备之前被来回反射多次。这增加了光线通过布拉格光栅的距离，增强了衍射效果。
研究小组发现，约50%的入射光被偏转，其余的光被传输，入射激光的质量得以保持。研究小组表示，数值模拟表明，未来这一比例还可以大幅提高。更重要的是，这种光栅可以处理千兆瓦级的激光脉冲，其强度是采用固体材料声光调制的设备上限的一千倍。
“我们的方法绕过了固体介质通常造成的限制：包括数量级更低的色散、更高的峰值功率和更宽的波长范围。”团队成员、DESY的博士生Yannick Schrödel解释说。
基于这些结果，研究小组预测他们的声学布拉格光栅未来将有多种应用。Schrödel说：“我们的方法为新型光学振幅和相位调制器、开关、分光镜和更多元件提供了直接途径，这些元件可直接使用气体光栅来实现。”
该团队还期待着开发其他操纵光的新技术。“此外，还可以实现更先进的光学元件。这将为超快光学以及其他面临光功率和光谱覆盖限制的领域带来令人兴奋的新方向。”
参考链接：[1]https://physicsworld.com/a/sound-waves-in-air-deflect-intense-laser-pulses/[2]https://www.sciencedaily.com/releases/2023/10/231003104754.htm
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