光本身能投射陰影嗎？這聽起來像是一個哲學(xué)謎語，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、來自布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室的RaphaelA.Abrahao說：“激光投射陰影以前被認(rèn)為是不可能的，因?yàn)楣饩€通常會穿過其他光線而不會發(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的激光，證明激光束可以阻擋光線，并由于非線性光學(xué)過程而產(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，并能影響另一個光學(xué)場。

圖1.激光束陰影的攝影圖像

Abrahao說：“我們對陰影的理解是與我們對光和光學(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)過程的更廣泛探索的一部分。

這個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€圓柱體，而沒有考慮到激光束的物理特性。一些科學(xué)家不禁問道：這能在實(shí)驗(yàn)室里實(shí)現(xiàn)嗎？

Abrahao說：“起初只是午餐時(shí)的一次有趣討論，后來卻引發(fā)了一場關(guān)于激光物理學(xué)和材料非線性光學(xué)響應(yīng)的對話。由此，我們決定進(jìn)行一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)來演示激光束的陰影。”為此，研究人員用高功率綠色激光穿過標(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)，會局部改變材料對藍(lán)色波長的響應(yīng)。綠色激光的作用就像一個普通物體，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

兩個光源之間的相互作用在屏幕上產(chǎn)生了一個陰影，在綠色激光阻擋藍(lán)光的地方可以看到一個暗區(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