比材料更堅固的「空氣」　隱形光柵最大化雷射光的潛力

編譯／高晟鈞

用於材料加工、核融合、粒子加速領域的雷射功率等級大多需要超過20GW，相當於20億個LED燈泡的功率。然而，在這個功率範圍下，鏡子、透鏡和稜鏡的材料特性卻會很大程度地限制光學元件的效能，甚至造成損壞。另一方面，雷射光的品質也會受到影響。

來自大氣層的啟發

我們都知道大氣層的空氣密度有所差異，而這種密度差可以彎曲光線，起到多種像是保護、篩選光線的作用。

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光柵對於光學元件的作用便是將複色光分開成各單色光，可以應用於由遠紅外到真空紫外線的所有光譜波段。光柵對於光學元件是必須的，然而，當雷射光過強的時候便會損壞光柵，造成儀器損壞或是效率不佳。

因此，研究人員一直致力於以不接觸的方式，在保持質量的同時偏轉雷射光束。

「空氣」製成的條狀光柵

「與地球大氣層中的光線偏轉相比，透過衍射光柵可以更精準地控制雷射光。而影響光柵特性的最重要因素有兩點──聲波的頻率和強度，更簡單來說，就是『音量』。」第一作者Yannick Schroedel說道。

這項創新的技術利用聲波來調節雷射行徑路線的空氣密度。在特殊擴音器的協助下，研究人員在空氣中分別塑造出了密集與稀薄兩種區域，形成了彈簧的條紋光柵。與大氣層相同，這些具有不同空氣密度的光柵改變了雷射光的方向。

實驗測試與未來展望

第一次測試中，擴音器的音量大小大約為140分貝左右，相當於幾米外的一台噴射機引擎正在發動。幸運的是，這種聲音波長落在超聲波，因此我們的耳朵無法接收。另一方面，在紅外線雷射脈衝的重新定向測試中，效率達到了50%左右，並且在日後透過調整，將有望顯著提高效率。

現在光學幾乎完全基於光與固體物質的相互作用，而與氣體中的雷射聲學將提供我們一個全新的研究方向，並不侷限光柵的產生，也可以應用到其他像是透鏡、波導等領域上。

資料來源:Phys.org

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