Исследователи разработали способ использования лазерного излучения для вытягивания макроскопического объекта. Хотя микроскопические оптические тяговые лучи уже демонстрировались ранее, это один из первых случаев, когда лазерное вытягивание применялось к более крупным объектам.
Свет содержит как энергию, так и импульс, которые можно использовать для различных типов оптических манипуляций, таких как левитация и вращение. Например, оптический пинцет — широко используемый научный инструмент, использующий лазерный свет для удерживания крошечных объектов, таких как атомы или клетки, и управления ими. Последние десять лет ученые работали над новым типом оптических манипуляций: с помощью свет лазера для создания оптического притягивающего луча, который мог бы притягивать объекты.
«В предыдущих исследованиях сила притяжения света была слишком мала, чтобы тянуть макроскопический объект», — сказал член исследовательской группы Лей Ван из Университета науки и технологий Циндао в Китае. «С нашим новым подходом сила притяжения света имеет гораздо большую амплитуду. На самом деле, это более чем на три порядка больше, чем световое давление, используемое для движения солнечного паруса, который использует импульс фотонов для создания небольшой толкающей силы».
В журнале Оптика Экспресс, Ван и его коллеги демонстрируют, что макроскопический графен-SiO2 Разработанные ими композитные объекты можно использовать для лазерного вытягивания в среде разреженного газа. Этот тип среды имеет давление намного ниже атмосферного давления.
«Наша методика обеспечивает бесконтактное и междугородный вытягивающий подход, который может быть полезен для различных научных экспериментов», — сказал Ван. «Среда разреженного газа, которую мы использовали для демонстрации техники, похожа на ту, что находится на Марсе. Следовательно, у него может быть потенциал для управления транспортными средствами или самолетами на Марсе».
Создание достаточной силы
В новой работе исследователи разработали специальный графен-SiO.2 композитная структура специально для лазерной вытяжки. При облучении лазером структура создает обратную разницу температур, а это означает, что сторона, обращенная от лазера, нагревается сильнее.
Когда объекты из графена-SiO2 составную структуру облучают лазерный луч, молекулы газа на их обратной стороне получают больше энергии и толкают объект к источнику света. Сочетание этого с низким давлением воздуха в среде разреженного газа позволило исследователям получить силу притяжения лазера, достаточную для перемещения. макроскопические объекты.
Использование крутильного или поворотного маятникового устройства, сделанного из их графена-SiO.2 составной структуры, исследователи продемонстрировали явление лазерного вытягивания таким образом, который был виден невооруженным глазом. Затем они использовали традиционный гравитационный маятник для количественного измерения силы притяжения лазера. Оба устройства были около пяти сантиметров в длину.
Повторяемое, настраиваемое натяжение
«Мы обнаружили, что сила притяжения более чем на три порядка превышает световое давление», — сказал Ван. «Кроме того, вытягивание лазера повторяемо, а силу можно регулировать, изменяя мощность лазера».
Исследователи предупреждают, что эта работа является всего лишь доказательством концепции и что многие аспекты метода потребуют улучшения, прежде чем он станет практическим. Например, систематическая теоретическая модель необходима для точного прогнозирования силы притяжения лазера для заданных параметров, включая геометрию объекта, энергию лазера и окружающую среду. Исследователи также хотели бы улучшить стратегию лазерного вытягивания, чтобы она могла работать в более широком диапазоне атмосферного давления.
«Наша работа демонстрирует, что гибкое управление светом макроскопического объекта возможно, когда взаимодействия между светом, объектом и средой тщательно контролируются», — сказал Ван. «Это также показывает сложность взаимодействия лазера с веществом и то, что многие явления далеки от понимания как на макро-, так и на микроуровне».
Источник: Исследователи создали оптический тяговый луч, который притягивает макроскопические объекты
