Вченим вдалося змінити напрямок лазерного променя в повітрі ультразвуком
Сучасна наука та промисловість у багатьох областях залежать від процесів контролю лазерних променів – вони використовуються від детекторів гравітаційних хвиль до виробництва напівпровідників. Успішно застосувавши акустико-оптичні бреггівські грати, фізики з Німеччини відкрили новий корисний спосіб керування світлом. В результаті вперше вони змогли змінити напрямок лазерного променя прямо в повітрі ультразвуковим полем.
«Такі оптичні елементи, як волоконні бреггівські грати, лінзи або модулятори завжди становили основу оптичних пристроїв, у тому числі лазерів, мікроскопів і атомних годинників, які забезпечили безліч проривів у різних наукових сферах», — пояснив Крістоф Хейл з дослідницького центру DESY.
Однак попит на велику потужність, більш короткі імпульси і жорсткіший контроль над властивостями лазерного світла наближає навіть передові оптичні елементи до межі можливостей. Дослідники змушені адаптувати свої методи, щоб не допустити пошкодження оптичних компонентів і не допустити небажаних ефектів, що знижують якість лазерного світла, пише Physics World.
Хейл та його колеги обрали новий шлях управління світлом, позбавлений низки труднощів, що виникають при використанні традиційних оптичних компонентів. Їх метод заснований на управлінні густиною повітря в масштабі рівня довжин хвиль світла. Вчені використовували високоінтенсивні ультразвукові поля для управління та перенаправлення лазерних променів під невеликим кутом прямо в повітрі,
У ході експерименту дослідники встановили ультразвуковий перетворювач навпроти звуковідбивача. У повітряному зазорі виникла ультразвукова хвиля, що стоїть, з високим тиском, якій властиві різкі, періодичні коливання в щільності повітря. Оскільки коефіцієнт заломлення повітря зростає із щільністю, стояча хвиля стає бреггівськими гратами, здатними відбивати світло за допомогою оптичної дифракції. Хоча цей метод використовується для створення грат у твердому середовищі, наприклад, склі, вперше вченим вдалося застосувати їх у повітрі.
Для того щоб перевірити ґрати, вчені помістили два протилежно спрямовані дзеркала перпендикулярно до стоячої хвилі. Промінь світла увійшов у пристрій і відбивався вперед і назад багато разів, перш ніж вийти. Таким чином, відстань, пройдена променем світла в бреггівських ґратах, збільшилася, а разом з ним і ефект заломлення.
Випробування показали, що близько 50% вхідного світла переломлюється, а решта передається, причому якість вхідного світла зберігається. Числове моделювання стверджує, що цей показник можна у майбутньому суттєво підвищити. Метод дозволить створювати нові оптичні пристрої — модулятори, перемикачі, світлодільники та багато іншого.
Китайські вчені розробили простий використання оптичний чіп, який сам пристосовується до середовища, змінюючи свої функції. Пристрій можна використовувати в оптичних нейронних мережах, для класифікації даних, розпізнавання жестів та мовлення.
