科学家发现激光可以投射阴影

Josiah02

光本身能投射阴影吗？这听起来像是一个哲学谜题，但研究人员发现，在某些条件下，激光束可以像不透明物体一样投射阴影。这一发现挑战了人们对阴影的传统理解，并为利用激光束控制另一束激光束的技术开辟了新的可能性。
“激光投射阴影以前被认为是不可能的，因为光通常会穿过其他光而不会发生相互作用。我们展示了一种非常违反直觉的光学效应，这让我们重新思考阴影的概念。”
在Optica 中，研究人员描述了他们如何使用红宝石晶体和特定的激光波长来证明激光束可以阻挡光线，并由于非线性光学过程产生可见阴影。当光以强度依赖的方式与材料相互作用并影响另一个光场时，就会发生这种效应。
“我们对阴影的理解与我们对光和光学的理解是同步发展的，”阿布拉豪说。“这一新发现可能对各种应用有用，例如光开关、光控制另一种光存在的设备，或需要精确控制光传输的技术，如高功率激光器。”
这项新研究是对特殊条件和非线性光学过程中光束如何与另一束光束相互作用的更大探索的一部分。
这个想法源于一次午餐谈话，当时有人指出，一些用 3D 可视化软件制作的实验示意图描绘了激光束的阴影，因为它们将其视为圆柱体，而没有考虑激光束的物理特性。一些科学家想知道：这可以在实验室中完成吗？
“午餐时有趣的讨论开始于一场关于激光物理学和材料非线性光学响应的​​对话，”阿布拉豪说。“从那以后，我们决定进行一项实验来展示激光束的阴影。”
为了实现这一目标，研究人员将高功率的绿色激光照射到由标准红宝石晶体制成的立方体中，并从侧面用蓝色激光照射它。当绿色激光进入红宝石时，它会局部改变材料对蓝色波长的响应。绿色激光就像普通物体一样，而蓝色激光就像照明一样。
两个光源的相互作用在屏幕上形成了阴影，在绿色激光阻挡蓝光的地方，阴影是可见的暗区。它符合阴影的所有标准，因为它肉眼可见，跟随它照射到的表面轮廓，跟随激光束（充当物体）的位置和形状。
激光阴影效应是红宝石中光学非线性吸收的结果。产生这种效应的原因是绿色激光增加了蓝色照明激光束的光学吸收，从而在照明光中形成了一个光强度较低的匹配区域。结果是较暗的区域看起来像是绿色激光束的阴影。
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阴影测量
阿布拉豪说：“这一发现扩展了我们对光与物质相互作用的理解，并为以以前从未考虑过的方式利用光开辟了新的可能性。”
研究人员通过实验测量了阴影对比度对激光束功率的依赖性，发现最大对比度约为 22%，与晴天树影的对比度相似。他们还开发了一个理论模型，并表明它可以准确预测阴影对比度。
研究人员表示，从技术角度来看，他们所展示的效果表明，可以通过应用另一束激光来控制透射激光束的强度。接下来，他们计划研究可以产生类似效果的其他材料和其他激光波长。