Звук управляет Светом: Управление лазерными лучами с помощью звуковых волн

Ученые разработали инновационную методику, позволяющую отклонять лазерное излучение, используя только воздух. Новый метод, о котором сообщается в журнале Nature Photonics, предполагает создание невидимой решетки из воздуха, которая не только устойчива к повреждению лазерным излучением, но и сохраняет первоначальное качество луча. Исследовательская группа даже подала заявку на патент на свой новаторский метод.

Метод основан на использовании звуковых волн для модуляции воздуха на пути лазерного луча. Используя специальные громкоговорители, исследователи создают в воздухе узор из плотных и менее плотных участков, образующих полосатую решетку. Подобно тому, как разная плотность воздуха искривляет свет в земной атмосфере, этот рисунок плотности действует как оптическая решетка, изменяющая направление лазерного луча.

По сравнению с отклонением в земной атмосфере этот метод позволяет гораздо более точно управлять лазерным излучением. На свойства оптической решетки можно влиять частотой и интенсивностью звуковых волн. В ходе лабораторных испытаний исследователям удалось перенаправить мощный инфракрасный лазерный импульс с эффективностью 50 процентов. Численные модели показывают, что в будущем возможно достижение еще более высокой эффективности.

Однако реализация этой методики сопряжена с определенными трудностями. Чтобы добиться желаемых результатов, исследователям пришлось использовать специальные громкоговорители с уровнем звука около 140 децибел, что эквивалентно звуку реактивного двигателя на расстоянии нескольких метров. К счастью, этот звук находится в ультразвуковом диапазоне, поэтому он не слышен для человеческого уха.

Несмотря на эти трудности, группа исследователей видит в этой технологии большой потенциал для высокопроизводительной оптики. В своих экспериментах исследователи использовали инфракрасный лазерный импульс с пиковой мощностью 20 гигаватт, что сопоставимо с мощностью около двух миллиардов светодиодных лампочек. Такие мощные лазеры широко используются в обработке материалов, термоядерных исследованиях и ускорителях частиц.

Традиционно использование зеркал, линз и призм в таких мощных приложениях ограничено из-за их чувствительности к повреждению мощными лазерными пучками. Кроме того, часто страдает качество лазерного пучка. Однако новый метод позволяет отклонять лазерные лучи таким образом, чтобы сохранить их качество без какого-либо контакта, что делает его перспективным решением этих проблем.

Ученые также считают, что принцип акустического управления лазерным излучением в газах может быть применен и к другим оптическим элементам, таким как линзы и волноводы. Это открывает дальнейшие возможности для этой инновационной методики.

В заключение следует отметить, что новый метод использования звуковых волн для отклонения лазерного излучения способен произвести революцию в высокопроизводительной оптике. Создав невидимую решетку из воздуха, исследователи нашли способ отклонять лазерные лучи, не повреждая их и сохраняя их первоначальное качество. Это открытие может иметь существенные последствия для различных отраслей промышленности, в которых используются мощные лазеры.