Het begeleiden van lasers naar waar ze heen moeten is een belangrijk onderdeel van het optische systeem, en nu hebben DESY-ingenieurs een manier ontwikkeld om de laserstraal te buigen zonder iets aan te raken. Een onzichtbaar rooster gemaakt van lucht met behulp van akoestische principes kan licht afbuigen.
In optische systemen wordt laserlicht doorgaans door lenzen en spiegels geleid, maar in situaties met hoge energie, zoals lasers die worden gebruikt bij materiaalverwerking, deeltjesversnellers of onderzoek naar fusie-energie, moeten deze kwetsbare onderdelen mogelijk regelmatig worden vervangen.
Christoph Heyl, de hoofdonderzoeker van het nieuwe project, zei: "In dit vermogensbereik beperken de materiaaleigenschappen van spiegels, lenzen en prisma's hun gebruik aanzienlijk. In praktische toepassingen kunnen deze optische elementen gemakkelijk worden beschadigd door krachtige laserstralen. Bovendien kan de kwaliteit van de laserstraal ook worden beïnvloed. Daarentegen hebben we met succes de laserstraal contactloos afgebogen, waardoor de kwaliteit van de laserstraal is gewaarborgd."
Het alternatief van het DESY-team is om akoestische principes te gebruiken om de lucht vorm te geven. Geluidsgolven zijn in wezen niets anders dan veranderingen in de luchtdruk, dus als je het volume luid genoeg zet, kunnen geluidsgolven ontstaan die krachtig genoeg zijn om objecten te laten zweven, of in dit geval het licht zelf te manipuleren.
De onderzoekers gebruikten een paar ultrasone luidsprekers die tegenover elkaar stonden om luchtzakken met een dichtere of lagere dichtheid te creëren, waardoor een gestreept roosterpatroon ontstond. Wanneer een infrarode laserstraal door dit rooster gaat, bedraagt de lichtafbuigingsefficiëntie meer dan 50%. Het team zegt dat er met verdere werkzaamheden nog meer efficiëntie kan worden bereikt.
Bij deze tests is behoorlijk krachtige apparatuur betrokken: de lasers hebben een vermogen tot 20 gigawatt en de luidsprekers moeten een volume van 140 decibel bereiken, wat het volume is van een straalmotor op slechts een paar meter afstand. Maar gelukkig kan het, omdat het om ultrageluid gaat, niet door het menselijk oor worden waargenomen.
Het team zegt dat deze techniek zou kunnen dienen als een snelle omschakeling voor lasers, en dat toekomstig werk zou kunnen proberen andere vormen dan roosters te vormen, inclusief lenzen en golfgeleiders. Bovendien hoeven ze niet beperkt te blijven tot gewone lucht. "
"Eerst probeerden we onze technologie met gewone lucht", zei Haier. "Vervolgens zullen we ook andere gassen gebruiken om te profiteren van andere golflengten, andere optische eigenschappen en geometrieën."
Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Nature Photonics.