新的激光架构可以形成复杂的结构来控制物质

激光有多种用途，包括对齐材料、在演示期间指出物体以及医生进行美容和外科手术。您在日常生活中看到的许多东西都是基于激光技术的，例如条码扫描器、光驱、光纤、切割和焊接材料、娱乐中的激光照明显示等等。

激光器具有使用不同方法准确驱动、控制和探测物质的惊人能力。尽管它们主要在幕后运作，但激光是先进科学技术的支柱。 2018 年，诺贝尔物理学奖授予了一项革命性的激光技术——光镊，一种将纳米粒子捕获在两束激光之间的技术。

最近，SLAC 国家加速器实验室和斯坦福大学的研究人员开发了一种新的激光架构来探测和控制物质。他们称之为通用光调制器。

由于激光以相干方式发射光，因此在强度和电磁分布方面，它可以包含比任何其他光源复杂得多的结构。例如，它可以具有独特的三维强度分布（光学过滤器或华夫饼锥），或圆柱形矢量光束。

由于这些能力，通用光调制器有可能为光子学的高级应用打开新的大门。目前，可用于生产复杂轻结构的可靠方法并不多，因此开发此类结构的编程或工程能力非常困难。

参考：光学学会

这只能由外部仪器完成，例如投影仪中使用的空间光调制器。然而，这些仪器具有峰值功率和平均功率限制，而且它们很容易爆发，而无需接触需要大量功率水平的应用。

新的激光架构避开了这种功率限制，而不会影响产生任意光结构的能力。研究人员开发了一种创新功能，可以将光束设计成激光结构本身。这满足了两个主要要求：轻型结构和功率缩放。

采用全新激光架构的光束整形 |格雷格·斯图尔特 / SLAC

他们使用复合小光束来构建这些可编程光脉冲。你可以把它想象成一束由几个蜂窝状较短的小光束组成的激光束，每个小光束都可以独立控制，尽管它们彼此相干。

他们可以相互“披露”信息，包括他们的状态和各自的关系。如果所有的小束同步在一起，它们就可以产生任何结构。

通用光调制器在超短系统（飞秒时间尺度甚至更短）中非常有价值：它可以引发全新的思考，即如何使用具有复杂结构的光来推动技术发展。对于所有需要高功率、微纳加工、光捕获、光纤通信和超快质子科学的主要光子应用来说，这可能是一个转折点。

现在的研究正试图利用这些光源来控制以光速传播的电子束。这将有助于他们创造新的 X 射线和电子源，并将光结构压印到 X 射线和电子上。

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此外，他们计划探索许多平行的努力。首先要做的是集成更多的小光束并将调制器升级到更高的功率。其次，他们将研究如何使用非线性转换方法将飞秒光束转换为其他波长，这将产生具有高光谱成分和自然自同步性或多色的结构光。

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