Õhus olevad helilained suunavad intensiivsed laserimpulssid kõrvale – füüsikamaailm

Õhus olevad helilained suunavad intensiivsed laserimpulssid kõrvale – füüsikamaailm

Ajatempel: 31. oktoober 2023 4:13

Akustiline deflektor
Heliidee: laservalgus läbib ultrahelianduri-reflektori massiivi, mis loob Braggi õhuvõre. Laserikiir suhtleb selle võrega ja kaldub kõrvale, ilma et see liiguks läbi tahke keskkonna. (Viisakalt: DESY teaduskommunikatsiooni labor)

Saksamaa teadlaste väitel on õhus olevaid ultrahelilaineid kasutatud võimsate laserkiirte manipuleerimiseks. Meeskonna akustiline-optiline Braggi võre võib tuua kaasa uusi ja kasulikke viise valgusega manipuleerimiseks.

Gravitatsioonilainete tuvastamisest pooljuhtide valmistamiseni tugineb suur osa kaasaegsest teadusest ja tehnoloogiast laservalguse täpsele juhtimisele.

"Optilised elemendid, nagu võred, läätsed või modulaatorid, on alati moodustanud optiliste seadmete, sealhulgas laserite, mikroskoopide ja aatomkellade peamised koostisosad, mis on võimaldanud palju läbimurdeid erinevates teadusvaldkondades," selgitab Christoph Heyl. DESY, kes juhtis uurimistööd.

Kuid nõuded suurema võimsuse, lühemate impulsside ja laservalguse omaduste rangema kontrolli järele suruvad isegi kõige arenenumad optilised elemendid nende piiridest kaugemale. Tänapäeval peavad teadlased kohandama oma meetodeid, et vältida valguse poolt põhjustatud optiliste komponentide kahjustusi ning leevendada soovimatut neeldumist ja mittelineaarseid mõjusid, mis halvendavad laservalguse kvaliteeti.

Tihedusega manipuleerimine

Nüüd on Heyl ja kolleegid võtnud valguse juhtimiseks uudse lähenemisviisi, mis lubab vältida mõningaid tavapäraste optiliste komponentidega seotud probleeme. Nende tehnika hõlmab õhu tiheduse manipuleerimist valguse lainepikkusega võrdsetel pikkusskaaladel.

"Kasutame väga intensiivseid ultrahelivälju, et juhtida ja suunata laserkiirt väikese nurga all otse välisõhus, kasutades akustilise-optilise modulatsiooni põhimõtet," selgitab Heyl.

Oma katses paigaldasid teadlased ultrahelianduri tasapinnalise helireflektori vastas. See loob õhuvahes kõrgsurve seisva ultrahelilaine – laine, millel on teravad ja perioodilised õhutiheduse kõikumised. Õhu murdumisnäitaja suureneb tihedusega, nii et seisulaine toimib Braggi võrena, mis võib optilise difraktsiooni abil valgust kõrvale juhtida. Kuigi seda tehnikat kasutatakse restide loomiseks tahkes keskkonnas, näiteks klaasis, on meeskonna sõnul see esimene kord, kui seda tehakse õhu abil.

Nende võre kasutamiseks asetasid Heyl ja kolleegid seisva ultrahelilaine suhtes risti vastassuunas olevat peeglit. Valguskiir siseneb seadmesse ja peegeldub enne seadmest väljumist mitu korda edasi-tagasi. See suurendab kaugust, mida valgus läbib Braggi võre, suurendades difraktsiooniefekti.

Suure võimsusega juhitavus

Meeskond leidis, et umbes 50% langevast valgusest oli kõrvale kaldunud ja ülejäänu edastati – langeva laservalguse kvaliteet säilis. Meeskond ütleb, et numbrilised simulatsioonid viitavad sellele, et seda protsenti võib tulevikus oluliselt suurendada. Veelgi enam, võre suudab toime tulla gigavatiste laserimpulssidega, mis on umbes tuhat korda intensiivsemad kui tahkete materjalide akusto-optilist modulatsiooni kasutavate seadmete ülempiir.

"Meie lähenemisviis võimaldab mööda minna piirangutest, mida tahke kandja tavaliselt kehtestab: sealhulgas suurusjärgu võrra väiksem dispersioon, suurem tippvõimsus ja laiemad lainepikkuste vahemikud," selgitab meeskonnaliige Yannick Schrödel, kes on DESY doktorant.

Nende tulemuste põhjal ennustab meeskond oma akustilise optilise Braggi võre jaoks mitmesuguseid tulevasi rakendusi. "Meie meetod pakub otseseid marsruute uudsete optiliste amplituudi- ja faasimodulaatorite, lülitite, kiirjaoturite ja paljude muude elementide juurde, mida rakendatakse otse gaasipõhiste võredega, " ütleb Schrödel.

Meeskond ootab ka teiste uute valgusega manipuleerimise tehnoloogiate väljatöötamist. „Lisaks võiks realiseerida täiustatud optilisi elemente,“ jätkab Schrödel. "See võib pakkuda uusi põnevaid juhiseid ülikiire optika ja muude valdkondade jaoks, mille optiline võimsus ja spektraalne katvus on piiratud."

Akusto-optilist Braggi võre on kirjeldatud artiklis Looduse fotoonika.

Ajatempel:

Veel alates Füüsika maailm