近日，德國亥姆霍茲研究所地利科學(xué)技術(shù)研究所的研究團(tuán)隊(duì)提出了利用高強(qiáng)度超聲波波控制光束的強(qiáng)度、形狀、方向和相位，以克服固體介質(zhì)中存在的一些限制。這項(xiàng)研究的發(fā)現(xiàn)可能在多個(gè)領(lǐng)域有重大影響，特別是在光學(xué)測量、半導(dǎo)體制造以及超快科學(xué)等領(lǐng)域。該工作以“Acousto-optic modulation of gigawatt-scale laser pulses in ambient air”為題，發(fā)表在《Nature Photonics》上。

現(xiàn)代光子學(xué)面臨著吸收、光誘導(dǎo)損傷以及固體介質(zhì)中的光學(xué)非線性等問題，這些問題限制了對(duì)光的強(qiáng)度和性質(zhì)的控制。這項(xiàng)研究提出了一種方法，利用超聲波塑造氣體介質(zhì)來克服這些限制。研究人員成功實(shí)現(xiàn)了這一方法，通過超聲波將超短激光脈沖在環(huán)境空氣中偏轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在20兆瓦的光峰值功率下，這種方法的偏轉(zhuǎn)效率超過50%，比之前基于固體的聲光調(diào)制方法提高了三個(gè)數(shù)量級(jí)。

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圖1.物理概念示意圖

研究人員還指出，通過超聲波控制的氣相光子學(xué)方案可以創(chuàng)造出一系列新的光學(xué)元件，例如透鏡或波導(dǎo)。這些新元件具備抗損傷性，并且可以在新的光譜范圍內(nèi)工作。

論文還概述了聲光學(xué)、光學(xué)和聲學(xué)波之間的相互作用，并討論了將氣體作為聲光介質(zhì)的挑戰(zhàn)和潛力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示了超聲波輔助下激光光束在空氣中的角偏轉(zhuǎn)效率。

這項(xiàng)研究的發(fā)現(xiàn)可能在多個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響，特別是在光學(xué)測量、半導(dǎo)體制造以及超快科學(xué)等領(lǐng)域。該方法提供了一種新的方式來控制光束的特性，同時(shí)克服了固體材料所面臨的一些限制。未來，這一方法有望應(yīng)用于其他光學(xué)元件的設(shè)計(jì)和制造，推動(dòng)光子學(xué)的發(fā)展。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41566-023-01304-y