Laser dorthin zu lenken, wo sie hin müssen, ist ein wichtiger Teil des optischen Systems, und jetzt haben DESY-Ingenieure eine Möglichkeit entwickelt, den Laserstrahl zu biegen, ohne etwas zu berühren. Ein unsichtbares Gitter aus Luft nach akustischen Prinzipien kann Licht ablenken.
In optischen Systemen wird Laserlicht typischerweise durch Linsen und Spiegel umgelenkt, aber in Situationen mit hoher Energie, wie etwa bei Lasern, die in der Materialbearbeitung, in Teilchenbeschleunigern oder in der Fusionsenergieforschung eingesetzt werden, müssen diese empfindlichen Teile möglicherweise häufig ausgetauscht werden.
Christoph Heyl, der leitende Forscher des neuen Projekts, sagte: „In diesem Leistungsbereich schränken die Materialeigenschaften von Spiegeln, Linsen und Prismen ihren Einsatz stark ein. In praktischen Anwendungen können diese optischen Elemente durch starke Laserstrahlen leicht beschädigt werden. Darüber hinaus kann auch die Qualität des Laserstrahls beeinträchtigt werden. Im Gegensatz dazu ist es uns gelungen, den Laserstrahl berührungslos abzulenken und so die Qualität des Laserstrahls sicherzustellen.“
Die Alternative des DESY-Teams besteht darin, akustische Prinzipien zur Formung der Luft zu nutzen. Bei Schallwellen handelt es sich im Grunde nur um Änderungen des Luftdrucks. Wenn Sie also die Lautstärke entsprechend hochdrehen, können Schallwellen erzeugt werden, die stark genug sind, um Objekte schweben zu lassen oder in diesem Fall das Licht selbst zu manipulieren.
Die Forscher verwendeten ein Paar einander zugewandter Ultraschalllautsprecher, um Luftblasen mit dichterer oder geringerer Dichte zu erzeugen und so ein gestreiftes Gittermuster zu erzeugen. Wenn ein Infrarot-Laserstrahl dieses Gitter passiert, beträgt die Lichtablenkungseffizienz mehr als 50 %. Das Team sagt, dass mit weiteren Arbeiten noch größere Effizienzsteigerungen erzielt werden könnten.
Für diese Tests sind recht leistungsstarke Geräte erforderlich: Die Laser haben eine Leistung von bis zu 20 Gigawatt, und die Lautsprecher müssen eine Lautstärke von 140 Dezibel erreichen, was der Lautstärke eines Düsentriebwerks in wenigen Metern Entfernung entspricht. Aber da es sich um Ultraschall handelt, kann es das menschliche Ohr glücklicherweise nicht wahrnehmen.
Das Team sagt, dass diese Technik als schneller Schalter für Laser dienen könnte und dass zukünftige Arbeiten versuchen könnten, andere Formen als Gitter zu bilden, einschließlich Linsen und Wellenleitern. Außerdem müssen sie nicht auf normale Luft beschränkt sein. "
„Zuerst haben wir unsere Technologie mit normaler Luft ausprobiert“, sagte Haier. „Als nächstes werden wir auch andere Gase verwenden, um andere Wellenlängen, andere optische Eigenschaften und Geometrien zu nutzen.“
Die Forschung wurde in der Zeitschrift Nature Photonics veröffentlicht.