德國電子同步輻射加速器DESY、德國耶拿亥姆霍茲(zi) 研究所等一個(ge) 跨學科研究小組報道了由空氣製成的隱形光柵不僅(jin) 不會(hui) 受到激光的破壞，而且還能保持光束的原有質量。相關(guan) 研究已“Acousto-optic modulation of gigawatt-scale laser pulses in ambient air”為(wei) 題發表在《Nature Photonics》上。

從(cong) 引力波天文學、量子計量學、超快科學到半導體(ti) 製造，控製相幹光的強度、形狀、方向和相位在許多領域都至關(guan) 重要。然而，現代光子學可能會(hui) 涉及一些參數區，在這些參數區中，由於(yu) 固體(ti) 介質的吸收、光誘導損傷(shang) 或光學非線性，波長或高光功率限製了控製。在此，研究人員建議使用高強度超聲波定製的氣態介質來規避這些限製。

來源：DESY 科學傳(chuan) 播實驗室

研究人員利用超聲波在環境空氣中有效地偏轉超短激光脈衝(chong) ，而無需使用透射固體(ti) 介質，從(cong) 而展示了這種方法的實現。在 20 GW 的光峰值功率下，研究人員的偏轉效率超過了 50%，同時保持了極佳的光束質量，超過了以往基於(yu) 固體(ti) 的聲光調製的極限約三個(ge) 數量級。研究人員的方法並不局限於(yu) 激光脈衝(chong) 偏轉；由聲波控製的氣相光子方案有可能用於(yu) 實現透鏡或波導等新型光學元件，這些元件能有效抵禦損壞，並能在新的光譜區域工作。

超聲波輔助激光束在空氣中的角度偏轉示意圖。

這項創新技術利用聲波對激光束通過區域的空氣進行調製。研究人員借助聲學密度波產(chan) 生了一個(ge) 隱形光柵。

在特殊揚聲器的幫助下，研究人員在空氣中形成了密度高和密度低的區域，形成了條紋光柵。由於(yu) 空氣密度的不同會(hui) 使地球大氣層中的光線發生彎曲，因此這種密度圖案就起到了光柵的作用，改變了激光光束的方向。

實驗裝置和偏轉效率與(yu) 聲功率和時間的關(guan) 係。

在首次實驗室測試中，強紅外激光脈衝(chong) 以這種方式重新定向的效率為(wei) 50%。根據數值模型，未來應該可以實現更高的效率。

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在這個(ge) 動畫中，一束激光穿過一個(ge) 揚聲器-反射器陣列，該陣列產(chan) 生了一個(ge) 空氣光柵。激光束與(yu) 光柵相互作用，在不接觸的情況下發生偏轉。來源：DESY 科學傳(chuan) 播實驗室

研究小組認為(wei) 這項技術在高性能光學領域具有巨大潛力。在實驗中，研究人員使用了峰值功率為(wei) 20 千兆瓦的紅外激光脈衝(chong) ，相當於(yu) 約 20 億(yi) 個(ge) LED 燈泡的功率。這種甚至更高功率等級的激光可用於(yu) 材料加工、核聚變研究或最新的粒子加速器等。

高峰值功率下超短激光脈衝(chong) 的 AO 衍射。

科學家們(men) 強調，在氣體(ti) 中對激光進行聲學控製的原理並不局限於(yu) 光學光柵的產(chan) 生。它很可能還可以應用於(yu) 透鏡和波導等其他光學元件。

在環境空氣中直接將光偏轉技術已經得到了證實，它開辟了前景廣闊的應用領域，尤其是作為(wei) 高功率激光器的快速開關(guan) 。現代光學幾乎完全基於(yu) 光與(yu) 固體(ti) 物質的相互作用。研究人員的方法開辟了一個(ge) 全新的研究方向。

相關(guan) 論文鏈接：

Yannick Schrödel et al, Acousto-optic modulation of gigawatt-scale laser pulses in ambient air, Nature Photonics (2023). DOI: 10.1038/s41566-023-01304-y

https://phys.org/news/2023-10-air-deflect-lasers.html