光本身能投射陰影嗎？這聽起來(lái)像是一個(gè)哲學(xué)謎語(yǔ)，但研究人員發(fā)現(xiàn)，在某些條件下，激光束可以像不透明物體一樣投射出影子。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了人們對(duì)陰影的傳統(tǒng)理解，為利用一束激光控制另一束激光的技術(shù)提供了新的可能性。

研究小組負(fù)責(zé)人、來(lái)自布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的RaphaelA.Abrahao說(shuō)：“激光投射陰影以前被認(rèn)為是不可能的，因?yàn)楣饩€通常會(huì)穿過(guò)其他光線而不會(huì)發(fā)生相互作用。我們展示了一種非常反直覺的光學(xué)效應(yīng)，這促使我們重新考慮影子的概念”。

在《Optica》雜志上，研究人員描述了他們?nèi)绾卫眉t寶石晶體和特定波長(zhǎng)的激光，證明激光束可以阻擋光線，并由于非線性光學(xué)過(guò)程而產(chǎn)生可見的陰影。這種效應(yīng)發(fā)生在光與材料的相互作用與強(qiáng)度有關(guān)的情況下，并能影響另一個(gè)光學(xué)場(chǎng)。

圖1.激光束陰影的攝影圖像

Abrahao說(shuō)：“我們對(duì)陰影的理解是與我們對(duì)光和光學(xué)的理解同步發(fā)展的。這項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)可能會(huì)在各種應(yīng)用中被證明是有用的，例如光學(xué)開關(guān)、光控制另一種光存在的設(shè)備，或者需要精確控制光傳輸?shù)募夹g(shù)，如大功率激光器。”這項(xiàng)新研究是對(duì)一束光如何在特殊條件下與另一束光相互作用以及非線性光學(xué)過(guò)程的更廣泛探索的一部分。

這個(gè)想法源于一次午餐談話，當(dāng)時(shí)有人指出，一些用三維可視化軟件制作的實(shí)驗(yàn)示意圖描繪了激光束的陰影，因?yàn)樗鼈儗⒓す馐暈橐粋€(gè)圓柱體，而沒(méi)有考慮到激光束的物理特性。一些科學(xué)家不禁問(wèn)道：這能在實(shí)驗(yàn)室里實(shí)現(xiàn)嗎？

Abrahao說(shuō)：“起初只是午餐時(shí)的一次有趣討論，后來(lái)卻引發(fā)了一場(chǎng)關(guān)于激光物理學(xué)和材料非線性光學(xué)響應(yīng)的對(duì)話。由此，我們決定進(jìn)行一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)來(lái)演示激光束的陰影。”為此，研究人員用高功率綠色激光穿過(guò)標(biāo)準(zhǔn)紅寶石晶體制成的立方體，并從側(cè)面用藍(lán)色激光照射。當(dāng)綠色激光進(jìn)入紅寶石時(shí)，會(huì)局部改變材料對(duì)藍(lán)色波長(zhǎng)的響應(yīng)。綠色激光的作用就像一個(gè)普通物體，而藍(lán)色激光的作用就像照明。

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圖?2.?用于創(chuàng)建和觀察激光陰影的方案

兩個(gè)光源之間的相互作用在屏幕上產(chǎn)生了一個(gè)陰影，在綠色激光阻擋藍(lán)光的地方可以看到一個(gè)暗區(qū)。它符合陰影的所有標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗庋劭梢?，與所落表面的輪廓一致，并與激光束的位置和形狀一致，而激光束就像一個(gè)物體。

激光陰影效應(yīng)是紅寶石中光學(xué)非線性吸收的結(jié)果。產(chǎn)生這種效果的原因是，綠色激光增加了藍(lán)色照明激光束的光學(xué)吸收，在照明光中形成了一個(gè)光學(xué)強(qiáng)度較低的匹配區(qū)域。其結(jié)果是出現(xiàn)綠色激光束陰影的較暗區(qū)域。

源自網(wǎng)絡(luò)

審核編輯 黃宇