공기 중의 음파는 강렬한 레이저 펄스를 편향시킵니다.

공기 중의 초음파는 강력한 레이저 빔을 조작하는 데 사용되었습니다. 이는 독일 연구진이 처음으로 주장한 것입니다. 팀의 음향 광학 브래그 격자는 빛을 조작하는 새롭고 유용한 방법으로 이어질 수 있습니다.

중력파 감지부터 반도체 제조에 이르기까지 현대 과학 및 기술의 대부분은 레이저 광의 정밀한 제어에 의존합니다.

"격자, 렌즈 또는 변조기와 같은 광학 요소는 항상 레이저, 현미경 및 원자 시계를 포함한 광학 장치의 기본 구성 요소를 형성해 왔으며, 이는 다양한 과학 분야에서 많은 혁신을 가능하게 했습니다."라고 Christoph Heyl은 설명합니다. 데지, 누가 연구를 주도했다.

그러나 더 높은 출력, 더 짧은 펄스 및 레이저 광 특성에 대한 더 엄격한 제어에 대한 요구로 인해 가장 진보된 광학 요소도 한계를 넘어섰습니다. 오늘날 연구자들은 빛으로 인한 광학 부품의 손상을 방지하고 원치 않는 흡수와 레이저 빛의 품질을 저하시키는 비선형 효과를 완화하기 위해 방법을 조정해야 합니다.

밀도 조작

이제 Heyl과 동료들은 기존 광학 부품과 관련된 일부 문제를 피할 수 있는 빛 제어에 대한 새로운 접근 방식을 취했습니다. 그들의 기술에는 빛의 파장과 동등한 길이 규모로 공기의 밀도를 조작하는 것이 포함됩니다.

Heyl은 “우리는 매우 강한 초음파장을 사용하여 주변 공기에서 직접 작은 각도로 레이저 빔을 제어하고 방향을 바꾸며 음향 광학 변조 원리를 사용합니다.”라고 설명합니다.

실험에서 연구원들은 평면형 사운드 반사기 반대편에 초음파 변환기를 장착했습니다. 이는 공극에 고압 정립 초음파(공기 밀도의 날카롭고 주기적인 변화를 특징으로 하는 파동)를 설정합니다. 공기의 굴절률은 밀도에 따라 증가하므로 정재파는 광학 회절을 사용하여 빛을 편향시킬 수 있는 브래그 격자 역할을 합니다. 이 기술은 유리와 같은 고체 매체에 격자를 만드는 데 사용되지만 공기를 사용하여 수행된 것은 이번이 처음이라고 팀은 말합니다.

격자를 사용하기 위해 Heyl과 동료들은 정상 초음파에 수직인 한 쌍의 반대쪽 거울을 배치했습니다. 빛의 광선이 장치에 들어오고 장치에서 나가기 전에 여러 번 앞뒤로 반사됩니다. 이렇게 하면 빛이 브래그 격자를 통해 이동하는 거리가 늘어나 회절 효과가 향상됩니다.

고출력 핸들링

연구팀은 입사광의 약 50%가 편향되고 나머지는 투과되어 입사 레이저 광의 품질이 보존된다는 사실을 발견했습니다. 연구팀은 수치 시뮬레이션을 통해 이 비율이 앞으로 크게 증가할 수 있음을 시사한다고 밝혔습니다. 게다가 격자는 고체 물질의 음향 광학 변조를 사용하는 장치의 상한치보다 약 XNUMX배 더 강한 기가와트 레이저 펄스를 처리할 수 있습니다.

초소형 초음파 검출기로 초고해상도 이미징 실현

DESY의 박사 과정 학생인 팀원인 Yannick Schrödel은 "우리의 접근 방식은 더 낮은 분산, 더 높은 피크 전력 및 더 넓은 파장 범위를 포함하여 고체 매체가 일반적으로 부과하는 제한 사항에 대한 우회를 제공합니다."라고 설명합니다.

이러한 결과를 바탕으로 팀은 음향 광학 브래그 격자의 다양한 미래 응용 분야를 예측합니다. "우리의 방법은 가스 기반 격자를 사용하여 직접 구현되는 새로운 광학 진폭 및 위상 변조기, 스위치, 빔 스플리터 및 더 많은 요소에 대한 직접 경로를 제공합니다"라고 Schrödel은 말합니다.

팀은 또한 빛을 조작하기 위한 다른 새로운 기술의 개발을 기대하고 있습니다. “게다가 더 발전된 광학 요소도 실현될 수 있습니다.”라고 Schrödel은 덧붙입니다. "이것은 초고속 광학 및 광학 전력 및 스펙트럼 범위의 한계에 직면한 기타 분야에 대한 흥미롭고 새로운 방향을 가능하게 할 수 있습니다."

음향 광학 브래그 격자는 다음과 같습니다. 자연 Photonics.

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• 출처: https://physicsworld.com/a/sound-waves-in-air-deflect-intense-laser-pulses/