Tutkijat ovat kehittäneet tavan käyttää laservaloa makroskooppisen kohteen vetämiseen. Vaikka mikroskooppisia optisia traktorisäteitä on osoitettu aiemminkin, tämä on ensimmäinen kerta, kun laservetoa on käytetty suurempiin esineisiin.
Valo sisältää sekä energiaa että liikemäärää, jota voidaan käyttää erilaisiin optisiin manipulaatioihin, kuten levitaatioon ja pyörimiseen. Esimerkiksi optiset pinsetit ovat yleisesti käytettyjä tieteellisiä instrumentteja, jotka käyttävät laservaloa pienten esineiden, kuten atomien tai solujen, pitämiseen ja käsittelemiseen. Viimeisen kymmenen vuoden ajan tiedemiehet ovat työskennelleet uudenlaisen optisen manipuloinnin parissa: käyttämällä Laservalo luoda optinen traktorisäde, joka voi vetää esineitä.
"Aiemmissa tutkimuksissa valon vetovoima oli liian pieni vetääkseen makroskooppista esinettä", sanoi tutkimusryhmän jäsen Lei Wang QingDaon tiede- ja teknologiayliopistosta Kiinasta. ”Uudella lähestymistavallamme kevyellä vetovoimalla on paljon suurempi amplitudi. Itse asiassa se on yli kolme suuruusluokkaa suurempi kuin kevyt paine, jota käytetään ajamaan aurinkopurjetta, joka käyttää fotonien liikemäärää kohdistamaan pienen työntövoiman.
Lehdessä Optiikka Express, Wang ja kollegat osoittavat, että makroskooppinen grafeeni-SiO2 heidän suunnittelemiaan komposiittiesineitä voidaan käyttää laservetoon harvinaisissa kaasuympäristöissä. Tämän tyyppisen ympäristön paine on paljon pienempi kuin ilmanpaine.
”Tekniikkamme tarjoaa kosketuksettoman ja pitkän matkan vetävä lähestymistapa, joka voi olla hyödyllinen erilaisissa tieteellisissä kokeissa", Wang sanoi. "Harvinainen kaasuympäristö, jota käytimme tekniikan esittelyyn, on samanlainen kuin Marsissa. Siksi sillä saattaa olla potentiaalia jonakin päivänä manipuloida ajoneuvoja tai lentokoneita Marsissa.
Luo tarpeeksi voimaa
Uudessa työssä tutkijat suunnittelivat erityisen grafeeni-SiO:n2 Komposiittirakenne erityisesti laservetoon. Laserilla säteilytettynä rakenne luo käänteisen lämpötilaeron, jolloin laserista poispäin oleva puoli kuumenee.
Kun esineet on valmistettu grafeeni-SiO2 komposiittirakennetta säteilytetään a Laser-sädeTakapuolella olevat kaasumolekyylit saavat enemmän energiaa ja työntävät kohteen valonlähdettä kohti. Yhdistämällä tämä harvinaisen kaasuympäristön alhaiseen ilmanpaineeseen, tutkijat pystyivät saamaan laservetovoiman, joka oli tarpeeksi vahva liikkumaan makroskooppisia esineitä.
Käyttämällä vääntö- tai kääntyvää heilurilaitetta, joka on valmistettu niiden grafeeni-SiO:sta2 komposiittirakenne, tutkijat osoittivat laservetoilmiön tavalla, joka oli nähtävissä paljaalla silmällä. Sitten he käyttivät perinteistä painovoimaheiluria laserin vetovoiman kvantitatiiviseen mittaamiseen. Molemmat laitteet olivat noin viisi senttimetriä pitkiä.
Toistettava, säädettävä veto
"Huomasimme, että vetovoima oli yli kolme suuruusluokkaa suurempi kuin kevyt paine", sanoi Wang. "Lisäksi laserveto on toistettavissa, ja voimaa voidaan säätää muuttamalla lasertehoa."
Tutkijat varoittavat, että tämä työ on vain todiste konseptista ja että monet tekniikan näkökohdat vaativat parannusta ennen kuin se olisi käytännöllinen. Esimerkiksi tarvitaan systemaattista teoreettista mallia laserin vetovoiman tarkkaan ennustamiseen tietyille parametreille, mukaan lukien kohteen geometria, laserenergia ja ympäröivä media. Tutkijat haluaisivat myös parantaa laservetostrategiaa, jotta se voisi toimia laajemmilla ilmanpaineilla.
"Työmme osoittaa, että makroskooppisen kohteen joustava valokäsittely on mahdollista, kun valon, kohteen ja väliaineen välistä vuorovaikutusta valvotaan huolellisesti", Wang sanoi. "Se osoittaa myös laser-aineen vuorovaikutuksen monimutkaisuuden ja sen, että monet ilmiöt ovat kaukana ymmärtämättä makro- ja mikromittakaavassa."
Lähde: Tutkijat luovat optisen traktorisäteen, joka vetää makroskooppisia esineitä
