在一個新紙今天發表在雜誌上光學的，物理學家描述瞭如何使激光束投射出與任何其他普通陰影一樣的陰影。
激光束陰影的攝影圖像；高功率綠色激光束（物體）穿過紅寶石立方體，從側面被藍光照射：（A）物體激光束在一張白紙上投射的陰影的照片，使用簡單透鏡將圖像放大大約四倍；紅寶石立方體長度約為1.2厘米，放大圖像約為4.8厘米；所以，無論放大與否，都是親眼所見的。 (B) 顯示周圍環境的照片圖像，以供比例參考；將白色塑料標記（即寬尖筆）放置在物體光束和紙張之間的陰影路徑中，並將相機焦點固定在 (C) 紙張或 (D) 標記上，從而顯示陰影遵循陰影所落在表面的輪廓。所有圖像都是用普通消費數碼相機在黑暗的房間裡拍攝的。圖片來源：Abrahao等人.，兩個：10.1364/optica.534596。
布魯克海文國家實驗室的研究員拉斐爾·阿布拉豪博士說：“以前人們認為激光投射陰影是不可能的，因為光通常會穿過其他光而不會相互作用。”
“我們展示了一種非常反直覺的光學效應，促使我們重新考慮我們的陰影概念。”
為了證明激光束可以通過非線性光學過程阻擋光線並產生可見陰影，Abrahao 博士和同事使用了紅寶石晶體和特定的激光波長。
當光以強度相關的方式與材料相互作用並可以影響另一個光場時，就會發生這種效應。
“我們對陰影的理解與我們對光和光學的理解齊頭並進，”阿布拉豪博士說。
“這一新發現可能在各種應用中發揮作用，例如光開關、光控制另一種光存在的設備，或需要精確控制光傳輸的技術，如高功率激光器。”
在實驗中，研究人員將高功率綠色激光引導穿過由標準紅寶石晶體製成的立方體，並從側面用藍色激光照射它。
當綠色激光進入紅寶石時，它會局部改變材料對藍色波長的響應。
綠色激光的作用就像普通物體，而藍色激光的作用就像照明。
兩個光源之間的相互作用在屏幕上產生了陰影，可以看到綠色激光阻擋了藍光的黑暗區域。
它符合陰影的所有標準，因為它是肉眼可見的，遵循它所落在的表面的輪廓，並遵循激光束的位置和形狀，激光束充當一個物體。
激光陰影效應是紅寶石中光學非線性吸收的結果。
產生這種效果的原因是綠色激光增加了藍色照明激光束的光學吸收，從而在照明光中創建了具有較低光學強度的匹配區域。
結果是出現綠色激光束陰影的較暗區域。
“這一發現擴展了我們對光與物質相互作用的理解，並為以我們以前從未考慮過的方式利用光開闢了新的可能性，”阿布拉豪博士說。
研究人員通過實驗測量了陰影對比度對激光束功率的依賴性，發現最大對比度約為 22%，類似于晴天樹影的對比度。
他們還開發了一個理論模型，並表明它可以準確預測陰影對比度。
科學家們說：“從技術角度來看，我們展示的效果表明，可以通過應用另一束激光來控制傳輸激光束的強度。”
“接下來，我們計劃研究可以產生類似效果的其他材料和其他激光波長。”
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拉斐爾·A·阿布拉豪等人。 2024 年。激光束的陰影。光學的11（11）：1549-1555；二：10.1364/optica.534596
