Акустооптична модуляція гігаватних лазерних імпульсів у повітрі
Акустооптична модуляція гігаватних лазерних імпульсів у повітрі
Керування інтенсивністю, формою, напрямком і фазою когерентного світла є важливим у багатьох галузях, від астрономії гравітаційних хвиль, квантової метрології та досліджень надшвидких процесів до виробництва напівпровідників. Однак сучасна фотоніка може включати режими параметрів, де довжина хвилі або високі оптичні потужності обмежують контроль через поглинання, індуковане світлом пошкодження або оптичну нелінійність у твердих середовищах.
Рис.1: Схема кутового зміщення лазерного променя в повітрі під дією ультразвуку.
Німецькі дослідники в роботі [1] пропонують обійти ці обмеження за допомогою газоподібних середовищ, показник заломлення яких промодульований ультразвуковими хвилями високої інтенсивності. Дослідники демонструють відхилення ультракоротких лазерних імпульсів за допомогою ультразвукових хвиль в повітрі. При піковій оптичній потужності 20 ГВт, що перевищує попередні обмеження акустооптичної модуляції на основі твердотільного матеріалу приблизно на три порядки величини, досягнуто ефективності відхилення понад 50%, зберігаючи чудову якість променя.
Рис.2: Експериментальна установка та залежність ефективності зміщення від акустичної потужності та часу.
Такий підхід не обмежується відхиленням лазерного імпульсу; газофазні фотонні схеми, керовані звуковими хвилями, потенційно можуть бути корисними для реалізації нового класу оптичних елементів, таких як лінзи або хвилеводи, які фактично невразливі до пошкоджень і можуть працювати в нових спектральних областях.
Крім опису нових досягнень, стаття містить ґрунтовне і водночас просте пояснення фізики явища акустооптичної модуляції.
Рис. 3: Акустооптична дифракція ультракоротких лазерних імпульсів при високій піковій потужності.
1. Schrödel, Y., Hartmann, C., Zheng, J. et al. Acousto-optic modulation of gigawatt-scale laser pulses in ambient air. Nat. Photon. (2023). https://doi.org/10.1038/s41566-023-01304-y