A levegőben lévő hanghullámok eltérítik az intenzív lézerimpulzusokat – Fizika világa

A levegőben lévő ultrahanghullámokat erős lézersugarak manipulálására használták – állítják először németországi kutatók. A csapat akusztikus-optikai Bragg-rácsa új és hasznos módszereket eredményezhet a fénykezelésben.

A gravitációs hullámok észlelésétől a félvezetők gyártásáig a modern tudomány és technológia nagy része a lézerfény pontos szabályozásán alapul.

„Az optikai elemek, mint például a rácsok, lencsék vagy modulátorok mindig is az alapvető összetevőket képezték az optikai eszközök, köztük a lézerek, mikroszkópok és atomórák mögött, amelyek számos áttörést tettek lehetővé különböző tudományterületeken” – magyarázza Christoph Heyl. DESY, aki a kutatást vezette.

A nagyobb teljesítmény, a rövidebb impulzusok és a lézerfény tulajdonságainak szigorúbb szabályozása iránti igény azonban még a legfejlettebb optikai elemeket is túllépi korlátain. Manapság a kutatóknak módosítaniuk kell módszereiket, hogy elkerüljék az optikai alkatrészek fény által kiváltott károsodását, és csökkentsék a nem kívánt abszorpciót és a nemlineáris hatásokat, amelyek rontják a lézerfény minőségét.

Sűrűség manipuláció

Most Heyl és munkatársai olyan új megközelítést alkalmaztak a fény szabályozására, amely azt ígéri, hogy elkerüli a hagyományos optikai komponensekkel kapcsolatos problémákat. Technikájuk a levegő sűrűségének a fény hullámhosszával egyenrangú hosszskálán történő manipulálása.

„Nagyon intenzív ultrahangmezőket alkalmazunk a lézersugarak kis szög alatti vezérlésére és átirányítására, közvetlenül a környezeti levegőben, az akusztikai-optikai moduláció elvét alkalmazva” – magyarázza Heyl.

Kísérletükben a kutatók egy ultrahang-átalakítót szereltek fel egy sík hangvisszaverővel szemben. Ez nagynyomású álló ultrahanghullámot hoz létre a légrésben – egy olyan hullámot, amely éles, időszakos levegősűrűség-változásokat mutat. A levegő törésmutatója a sűrűséggel növekszik, így az állóhullám Bragg-rácsként működik, amely optikai diffrakcióval képes eltéríteni a fényt. Míg ezt a technikát szilárd közegben, például üvegben történő rácsok létrehozására használják, a csapat szerint ez az első alkalom, hogy levegőt használnak.

A rács használatához Heyl és munkatársai egy pár szemközti tükröt helyeztek el az álló ultrahanghullámra merőlegesen. Fénysugár lép be a készülékbe, és sokszor visszaverődik oda-vissza, mielőtt kilép a készülékből. Ez növeli a fény távolságát a Bragg-rácson keresztül, és fokozza a diffrakciós hatást.

Nagy teljesítményű kezelhetőség

A csapat azt találta, hogy a beeső fény körülbelül 50%-a eltérült, a többi pedig átsugárzott – a beeső lézerfény minősége megőrizve. A csapat szerint a numerikus szimulációk azt sugallják, hogy ez az arány a jövőben jelentősen növelhető. A rács ráadásul olyan gigawattos lézerimpulzusokat is képes kezelni, amelyek körülbelül ezerszer erősebbek, mint a szilárd anyagok akusztikai-optikai modulációját alkalmazó eszközök felső határa.

Az apró ultrahangdetektor szuperfelbontású képalkotást tesz lehetővé

„Megközelítésünk megkerüli azokat a korlátozásokat, amelyeket a szilárd közegek általában előírnak: beleértve a nagyságrendekkel alacsonyabb szórást, nagyobb csúcsteljesítményt és szélesebb hullámhossz-tartományokat” – magyarázza Yannick Schrödel, a csapat tagja, a DESY doktorandusza.

Ezen eredmények alapján a csapat az akusztikus optikai Bragg-rácsok jövőbeli alkalmazásainak változatos skáláját jósolja. „Módszerünk közvetlen útvonalakat biztosít új optikai amplitúdó- és fázismodulátorokhoz, kapcsolókhoz, nyalábosztókhoz és még sok más elemhez, amelyeket közvetlenül gázalapú rácsokkal valósítunk meg” – mondja Schrödel.

A csapat várakozással tekint a fény manipulálására szolgáló egyéb új technológiák kifejlesztésére is. „Emellett fejlettebb optikai elemek is megvalósíthatók” – folytatja Schrödel. „Ez izgalmas, új irányokat jelenthet az ultragyors optikához és más olyan területekhez, amelyek optikai teljesítménye és spektrális lefedettsége korlátozott.”

Az akusztikus-optikai Bragg-rács leírása a Nature fotonika.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/sound-waves-in-air-deflect-intense-laser-pulses/