レーザーを必要な場所に導くことは光学システムの重要な部分であり、DESY のエンジニアは、何も触れずにレーザー ビームを曲げる方法を開発しました。音響原理を使用して空気で作られた目に見えない格子は、光を偏向させることができます。
光学システムでは、通常、レーザー光はレンズやミラーを通して方向転換されますが、材料加工、粒子加速器、核融合エネルギー研究で使用されるレーザーなどの高エネルギーの状況では、これらの壊れやすい部品を頻繁に交換する必要がある場合があります。
新しいプロジェクトの主任研究者であるクリストフ・ヘイル氏は、「この出力範囲では、ミラー、レンズ、プリズムの材料特性により、その使用が大きく制限される。実際の応用では、これらの光学素子は強力なレーザー光線によって簡単に損傷する可能性がある。さらに、レーザー光線の品質にも影響が出る可能性がある。これに対し、我々は非接触でレーザー光線を偏向させることに成功し、これによりレーザー光線の品質を保証することができた。」と述べた。
DESY チームの代替案は、音響原理を使用して空気を彫刻することです。音波は本質的に単なる気圧の変化であるため、音量を十分に大きくすると、物体を浮遊させたり、この場合は光自体を操作したりするのに十分な強力な音波を生成できます。
研究者らは、向かい合った一対の超音波スピーカーを使用して、高密度または低密度の空気のポケットを作成し、縞模様の格子パターンを作成しました。赤外レーザービームがこのグレーティングを通過すると、光偏向効率は 50% を超えます。チームは、さらなる努力によりさらに高い効率を達成できるだろうと述べています。
これらのテストには非常に強力な装置が必要です。レーザーの出力は最大 20 ギガワットで、スピーカーの音量は 140 デシベルに達する必要があります。これは、数メートル離れたジェット エンジンの音量に相当します。しかし、ありがたいことに、それは超音波であるため、人間の耳では検出できません。
研究チームは、この技術はレーザーの高速スイッチとして機能する可能性があり、将来の研究ではレンズや導波路など格子以外の形状の形成も試みられる可能性があると述べている。また、通常の空気に限定される必要はない。 」
「まず、私たちは通常の空気を使って技術を試しました」とハイアール氏は語った。 「次に、他のガスも使用して、他の波長、他の光学特性、形状を利用する予定です。」
この研究は Nature Photonics 誌に掲載されました。