利用空气制成的隐形光栅可使激光偏转

一个跨学科研究小组利用一种新方法，仅使用空气可以偏转激光束。相关研究成果发表在《自然·光子学》杂志上，一个由空气制成的隐形光栅不仅不会受到激光的损坏，而且还能保持激光束的原始质量。研究人员已经为他们的方法申请了专利。

这项创新技术使用声波来调制激光束经过区域的空气。第一作者Yannick Schrodel解释说：“我们已经在声密度波的帮助下产生了一个光栅。” 他是德国耶拿亥姆霍兹研究所和亥姆霍兹研究所的博士生。

在特殊扬声器的帮助下，研究人员在空气中塑造了密集和不密集区域的模式，形成了条纹光栅。在某种程度上，这与地球大气层中空气密度的差异如何弯曲光线类似，密度模式扮演了改变激光光束方向的光栅角色。

Schrodel说：“然而，与在地球大气层中偏转相比，通过衍射光栅偏转光线可以更精确地控制激光。光栅的特性受到声波频率和强度（换句话说，音量）的影响。”

在第一次实验室测试中，一个强红外激光脉冲可以以50%的效率被重新定向。根据数值模型，未来可能会有更高的效率。

在第一次测试中，科学家们不得不把他们的特殊扬声器调高。领导该研究项目的德国电子科学与技术研究院和亥姆霍兹耶拿研究所的科学家Christoph Heyl解释说：“我们正在移动在一个大约140分贝的声音水平上，相当于几米外的喷气式发动机。幸运的是，我们是在超声波范围内，我们的耳朵无法接收到。”

该团队认为这项技术在高性能光学方面具有巨大的潜力。在他们的实验中，研究人员使用了峰值功率为20吉瓦的红外激光脉冲，相当于大约20亿个LED灯泡的功率。这种甚至更高功率级别的激光器被用于材料加工、聚变研究或最新的粒子加速器。

Heyl解释说：“在这个功率范围内，镜子、透镜和棱镜的材料特性大大限制了它们的使用，在实际应用中，这种光学元件很容易被强激光束损坏。此外，激光束的质量也受到了影响。相比之下，我们已经设法以不接触、保持质量的方式使激光束偏转。”

科学家们强调，气体中激光的光声控制原理不仅限于光栅的产生。它可能还可以转移到其他光学元件，如透镜和波导。

Heyl解释说：“我们已经考虑了很长时间，并很快意识到极端的声音水平是必要的。起初，这些似乎在技术上不可行。然而，我们没有放弃，最终在达姆施塔特工业大学的研究人员以及Inoson公司的支持下找到了解决方案。首先，我们用普通空气测试了我们的技术。例如，下一步，我们还将使用其他气体，以利用其他波长和其他光学特性和几何形状。”

光线直接偏转到周围的空气中，这已经得到证明，开辟了有前景的应用，特别是作为高功率激光器的快速开关。Heyl解释说：“目前，光的非接触控制的潜力及其扩展到其他应用程序只能想象。现代光学几乎完全基于光与固体物质的相互作用。我们的方法开辟了一个全新的方向。”

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