空気と音だけで触れることなくレーザーを曲げることに成功

　ドイツ電子シンクロトロン（DESY）の研究チームは、まったく接触させることなくレーザーを曲げる技術を考案したそうだ。

　高性能な光学システムを作るには、レーザーを必要な場所に正確に導けることが肝心となるが、そのために普通はレンズや鏡が利用される。だが最新の技術ではそんなものは必要ない。

　一体そんな魔法のようなことをどうやって実現するのか？ その秘密が、超音波と空気で作られた目に見えない「透明な格子」である。

光と音でレーザーを曲げる超音波の魔法のようなパワー

　レーザーを利用する光学システムでは、レンズやミラーを使ってレーザーの向きを変えるのが一般的だ。

　だが材料の加工、粒子加速器、核融合エネルギー研究など、強力なレーザーが使われる場合には、そうした繊細なパーツは威力に耐えられず、すぐに壊れてしまう。

　ならば一切接触させずにレーザーを曲げることはできないだろうか？ それが今回ドイツ電子シンクロトン（DESY）の研究チームが考案したアイデアだ。

　その魔法のようなアイデアは、強力な音のパワーで空気を彫刻するというやり方だ。

　音とは基本的にただの気圧の変化だ。だがそれを繊細にコントロールしてやれば、物体を浮遊させるといった、手品師もびっくりな芸当をやることができる。

　今回の研究でも、その不思議な力が利用されたのだ。 image credit:Science Communication Lab for DESY

「透明な格子」で光を曲げる

　DESYのチームが考案した装置は、スピーカーが向かい合うように配置されている。

　スピーカーが鳴らすのはただの音ではなく「超音波」だ。この音波のパワーが、空気の密度の差を作り出し、目に見えないしま模様の空間を出現させる。この透明なしま模様が、光学的な格子のように機能してくれるのだ。

　そこに赤外線レーザーを照射すると、まるでレンズでも通過したかのように光がが曲がる。その効率は50％以上で、研究が進めば、さらに高い効率を目指せるだろうという。 レーザーがスピーカー反射器のアレイの間を通過し、空気の格子を作り出す。レーザーはこの格子と相互作用し、接触せずに曲がる / image credit:Science Communication Lab for DESY

　なお、この時実験されたレーザーは、ピークパワーが20ギガワットと超強力なもの。それを曲げるには、140デシベルの音量が必要だったという。

　一般に140デシベルといえばジェットエンジンからほんの数メートルしか離れていないのに等しい、大音響だ。だが鳴っているのは超音波なので、人間の耳には聞こえない。これも魔法のような、何とも不思議な状況だ。

　研究チームによれば、この技術はレーザーの高速スイッチとして使えるほか、将来的には、格子パターンだけでなく、レンズや導波路のような形状をも作れるようにもなるだろうという。また、格子を作るには、普通の空気でなくてもいい。

　研究チームは今後、空気以外の気体を利用して、さまざまな波長や光の特性を操作してみるつもりであるそうだ。

　この研究は『Nature Photonics』（2023年10月2日付）に掲載された。

References:"Invisible grating" bends laser using just air and sound / Using air to deflect lasers / DESY News: Lasers deflected using air - Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY / written by hiroching / edited by / parumo
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