历史性突破！首次成功利用空气偏转激光

前言：激光是一种非常强大的光源，它可以产生非常高的功率和亮度。激光有许多应用，如引力波天文学、量子计量、超快科学、半导体制造等。然而，如果你想有效地控制激光的参数，如强度、形状、方向和相位，你需要使用一些特殊的光电设备，如镜片、镜子、波导等。

这些光电器件通常由固体材料制成，如玻璃、晶体等。这些材料的一个重要特点是它们的折射率，即光与真空的速度比。折射率决定了光在不同介质之间的反射和折射角度，以及同一介质中的相位变化。通过改变折射率，我们可以改变光的传播特性。

然而，固体材料也有一些限制，如它们对光的吸收、损伤和非线性效应。当我们使用非常大功率或非常短波长的激光时，这些限制就会变得非常明显。例如，如果我们想使用激光来产生快速脉冲或高频信号，我们应该使用飞秒或阿秒激光，但这些激光在固体材料中会产生强烈的非线性效应，导致波形失真和能量损失。

那么，有没有办法防止这些限制呢？当然可以。我们可以用气体代替固体作为光学介质。气体有一个很大的优点，那就是它们对光的吸收和损伤几乎可以忽略不计，而且它们的非线性效应也很小。然而，气体也有一个很大的缺陷，那就是折射率非常接近1，也就是说，它们对光的影响很小。那么，气体如何影响光呢？答案是声波。

正文：最近，德国电子同步加速器（DESY）研究中心的研究人员宣布，他们现在可以使用由气体制成的不可见光栅系统来偏移激光束。据报道，这种光学系统是由超声波制成的，不会被激光损坏（毕竟，它只是空气），也不会降低光束的质量。

该团队已经为这一新方法申请了专利，并在《自然·光子学》中发表了相关论文。（NaturePhotonics）杂志上。它包括使用一个特殊的扬声器来创建不同密度的空气模式。虽然质量一致，但目前该设备的效率只有50％，但是这个团队认为，这些方面将在未来得到进一步的推进。

耶拿DESY和亥姆霍兹研究所的博士生YannickSchrdel是上述研究论文的第一作者，在一份声明中说，他们已经在声密度波的基础上制造了一个光学光栅。

这项创新技术使用了140分贝的声波(相当于几米外喷气发动机的声音等级)，但在超声波范围内，人们听不到。这些声波形成不同密度的层。这项工作的灵感来自于当光线穿过不同密度的层时，它是如何被地球大气层弯曲的。

但是，通过衍射光栅偏移光源，可以比地球大气中的偏移更精确地控制激光。Schrdel解释说，光栅的特性受声波频率和强度的影响。

在实验中，研究人员使用了红外激光脉冲，其峰值功率为20GW，相当于大约20亿个LED或或者将16．5辆德罗宁汽车送回未来所需的能量。由于其功率特性，这种激光可用于加工材料等。

“在这个功率范围内，镜子、透镜和棱镜的材料特性极大地限制了它们的使用，这些光电器件在实践中很容易被强大的激光束损坏。”DESY和Helmholtz研究所的项目负责人Christoph heyl补充说，“此外，激光束的质量也会受到影响。相比之下，我们试图通过保持质量而不接触来偏移激光束。”

DESY研究人员提到，在这项研究中，极端的声音水平是必要的。尽管最初的极端声音水平似乎无法在技术上实现，但他们最终在达姆施塔特工业大学研究人员和Inoson公司的支持下找到了解决方案。目前，DESY团队已成功将该技术与普通气体结合起来，以生成相关应用。

现在，团队可以创建一个光栅系统，但他们相信他们也会在其他波长中使用其他气体，或者产生透镜和波导等其他光学特性和光学结构。此外，不同的气体甚至可以与不同类型的激光相互作用。

Heyl说：“光的非接触式控制和其他可扩展的应用程序的潜力只停留在想象的水平上”。“现代光学几乎完全基于光和固体物质之间的相互作用。我们的方法开辟了一个新的方向。”