Учените за първи път промениха посоката на лазерен лъч във въздуха с помощта на ултразвук

Съвременната наука и промишленост зависят от процесите на управление на лазерните лъчи в много области – те се използват от детекторите на гравитационни вълни до производството на полупроводници. Чрез успешното използване на акустично-оптична Брагова решетка физици от Германия откриха нов полезен начин за контрол на светлината. В резултат на това те за първи път са успели да променят посоката на лазерен лъч директно във въздуха с помощта на ултразвуково поле.

„Оптични елементи като влакнестите решетки на Браг, лещи или модулатори винаги са били в основата на оптичните устройства, включително лазерите, микроскопите и атомните часовници, които са осигурили много пробиви в различни научни области“, обяснява Кристоф Хале от изследователския център DESY.

Търсенето на по-висока мощност, по-кратки импулси и по-строг контрол върху свойствата на лазерната светлина обаче довежда дори най-усъвършенстваните оптични елементи до предела на техните възможности. Изследователите са принудени да адаптират методите си, за да избегнат повреждането на оптичните компоненти и да предотвратят нежелани ефекти, които намаляват качеството на лазерната светлина, пише Physics World.

Хейл и колегите му са избрали нов начин за контрол на светлината, лишен от някои от трудностите, които възникват при традиционните оптични компоненти. Техният метод се основава на контролиране на плътността на въздуха по скалата на нивото на дължината на вълната на светлината. Учените са използвали високоинтензивни ултразвукови полета, за да насочват и пренасочват лазерните лъчи под малък ъгъл директно във въздуха.

При експеримента изследователите поставят ултразвуков преобразувател срещу звуков дефлектор. Във въздушната междина, която е характерна с резки, периодични колебания на плътността на въздуха, се е появила стояща ултразвукова вълна с високо налягане. Тъй като коефициентът на пречупване на въздуха се увеличава с плътността, стоящата вълна се превръща в решетка на Браг, способна да отразява светлината чрез оптична дифракция. Въпреки че този метод е използван за създаване на решетки в твърди среди като стъкло, за първи път учените успяват да го приложат към въздуха.

За да тестват решетката, учените поставят две противоположно насочени огледала перпендикулярно на стоящата вълна. Светлинен лъч влиза в устройството и се отразява многократно напред и назад, преди да излезе от него. По този начин разстоянието, изминато от светлинния лъч в решетката на Браг, се е увеличило, а с това и пречупващият ефект.

Тестовете показват, че около 50% от постъпващата светлина се пречупва, а останалата част се пропуска, като качеството на постъпващата светлина се запазва. Численото моделиране показва, че тази стойност в бъдеще може да бъде значително увеличена. Методът ще даде възможност за създаване на нови оптични устройства като модулатори, превключватели, разделители на лъчи и още много други.