激光架構(gòu)可以創(chuàng)建復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來(lái)檢測(cè)受控物質(zhì)

激光具有通過(guò)各種方法精確驅(qū)動(dòng)、操縱、控制和檢測(cè)物質(zhì)的獨(dú)特能力。盡管激光經(jīng)常在幕后運(yùn)作，但它是革命性科技的支柱——包括作為2018年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)基礎(chǔ)的研究進(jìn)展。

在11月4日至8日于波士頓舉行的光學(xué)學(xué)會(huì)(OSA)激光會(huì)議期間，將展示一種被稱為通用光調(diào)制器的新型激光架構(gòu)，這是一種有趣的檢測(cè)和控制物質(zhì)的新工具。它是由首席研究員塞爾吉奧卡巴喬和研究員劉威開(kāi)發(fā)的，他們都是SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室和斯坦福大學(xué)的成員。

相干光，例如來(lái)自激光器的相干光，可以在電磁或強(qiáng)度分布中體現(xiàn)更復(fù)雜和更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)?！耙恍├邮菆A柱形矢量光束，或者可能類似于時(shí)尚的三維強(qiáng)度分布，如華夫餅干錐或光學(xué)過(guò)濾器，”卡巴霍說(shuō)。

由于這些特點(diǎn)，通用光調(diào)制器有望開(kāi)辟一個(gè)新的技術(shù)前沿。根據(jù)Carbajo的說(shuō)法，很難使用工程或編程的能力來(lái)設(shè)計(jì)復(fù)雜的輕量級(jí)結(jié)構(gòu)，因?yàn)闆](méi)有太多可靠的選項(xiàng)來(lái)生成該結(jié)構(gòu)。

“目前，這主要是由外部設(shè)備完成的，例如投影儀中常用的空間光調(diào)制器，但它們都有平均功率和峰值功率的限制，”Carbajo說(shuō)?！斑@些設(shè)備很容易燒毀，無(wú)法接觸到需要大量電力的應(yīng)用?！?

卡巴喬團(tuán)隊(duì)的工作避開(kāi)了這種功率限制，同時(shí)仍然保持了生成任意光學(xué)結(jié)構(gòu)的能力。它們將光束編程能力融入激光架構(gòu)本身。這是兩個(gè)世界之間最好的橋梁：功率縮放和輕量級(jí)結(jié)構(gòu)。

“我們的可編程光脈沖是由復(fù)合細(xì)光束組成的，”卡巴霍解釋說(shuō)?！跋胂笠幌拢す馐稍S多蜂窩狀的小光束組成，每個(gè)光束都是獨(dú)立控制的，盡管它們彼此一致。他們可以互相“交流”，了解對(duì)方的狀態(tài)和自己的狀態(tài)。當(dāng)所有子光束同步時(shí)，它們可以一起產(chǎn)生任何結(jié)構(gòu)。這里需要注意的是，這種結(jié)構(gòu)是由細(xì)光束的數(shù)量決定的?！?

這種可編程架構(gòu)在超短(飛秒及更短)系統(tǒng)中尤為重要，因?yàn)樗芗ぐl(fā)新的思維方式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能促進(jìn)科技發(fā)展。潛在的新應(yīng)用包括光纖通信、微納加工和添加劑制造、光捕獲和超快質(zhì)子科學(xué)?！霸趲缀跛行枰吖β实墓庾訉W(xué)應(yīng)用中，它都可以改變游戲規(guī)則，”Carbajo說(shuō)。

SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的研究人員對(duì)使用這些光源定制和操縱以光速傳播的電子束很感興趣。他說(shuō)：“通過(guò)這樣做，我們可以產(chǎn)生新的電子和X射線源，這樣我們就可以打印出從光到電子或X射線的結(jié)構(gòu)?！耙虼耍@些可以成為先進(jìn)的科學(xué)儀器，因?yàn)殡娮邮蚗射線將繼承光子的結(jié)構(gòu)?！?

接下來(lái)，該小組希望探索幾個(gè)平行的努力?！暗谝粋€(gè)顯而易見(jiàn)的途徑是添加更多的小捆綁包，這是潛在應(yīng)用程序的子集所需要的，”Carbajo說(shuō)?！安贿^(guò)，很多人不需要更多的束。在我們的示例中，我們有7個(gè)1-7單元，外加一個(gè)主驅(qū)動(dòng)程序。第二個(gè)分支是將我們的系統(tǒng)升級(jí)到更高的功率，它還將實(shí)現(xiàn)第三條路線——利用非線性轉(zhuǎn)換級(jí)更好地將基本的飛秒小光束轉(zhuǎn)換成其他波長(zhǎng)，這將產(chǎn)生具有多色或高光譜成分和自然自同步的結(jié)構(gòu)光。

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