近日，德國亥姆霍茲研究所地利科學技術研究所的研究團隊提出了利用高強度超聲波波控制光束的強度、形狀、方向和相位，以克服固體介質中存在的一些限制。這項研究的發(fā)現(xiàn)可能在多個領域有重大影響，特別是在光學測量、半導體制造以及超快科學等領域。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)代光子學面臨著吸收、光誘導損傷以及固體介質中的光學非線性等問題，這些問題限制了對光的強度和性質的控制。這項研究提出了一種方法，利用超聲波塑造氣體介質來克服這些限制。研究人員成功實現(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。實驗結果顯示，在20兆瓦的光峰值功率下，這種方法的偏轉效率超過50%，比之前基于固體的聲光調制方法提高了三個數(shù)量級。

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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方案可以創(chuàng)造出一系列新的光學元件，例如透鏡或波導。這些新元件具備抗損傷性，并且可以在新的光譜范圍內工作。

論文還概述了聲光學、光學和聲學波之間的相互作用，并討論了將氣體作為聲光介質的挑戰(zhàn)和潛力。實驗結果展示了超聲波輔助下激光光束在空氣中的角偏轉效率。

這項研究的發(fā)現(xiàn)可能在多個領域產生重大影響，特別是在光學測量、半導體制造以及超快科學等領域。該方法提供了一種新的方式來控制光束的特性，同時克服了固體材料所面臨的一些限制。未來，這一方法有望應用于其他光學元件的設計和制造，推動光子學的發(fā)展。

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