Cercetătorii au dezvoltat o modalitate de a folosi lumina laser pentru a trage un obiect macroscopic. Deși fasciculele tractor optice microscopice au fost demonstrate înainte, aceasta este una dintre primele ori când tragerea cu laser a fost folosită pe obiecte mai mari.

Lumina conține atât energie, cât și impuls care pot fi utilizate pentru diferite tipuri de manipulare optică, cum ar fi levitația și rotația. Pensele optice, de exemplu, sunt instrumente științifice utilizate în mod obișnuit care folosesc lumina laser pentru a ține și a manipula obiecte minuscule, cum ar fi atomii sau celulele. În ultimii zece ani, oamenii de știință au lucrat la un nou tip de manipulare optică: utilizarea  pentru a crea un fascicul tractor optic care ar putea trage obiecte.

„În studiile anterioare, forța de tragere a luminii era prea mică pentru a trage un obiect macroscopic”, a declarat Lei Wang, membru al echipei de cercetare de la Universitatea de Știință și Tehnologie QingDao din China. „Cu noua noastră abordare, forța de tragere a luminii are o amplitudine mult mai mare. De fapt, este cu peste trei ordine de mărime mai mare decât presiunea ușoară folosită pentru a conduce o velă solară, care folosește impulsul fotonilor pentru a exercita o mică forță de împingere.”

În jurnal Optica Express, Wang și colegii săi demonstrează că grafen-SiO macroscopic2 obiectele compozite pe care le-au proiectat pot fi folosite pentru tragere cu laser într-un mediu cu gaz rarefiat. Acest tip de mediu are o presiune mult mai mică decât presiunea atmosferică.

„Tehnica noastră oferă un non-contact și  abordare de tragere, care poate fi utilă pentru diferite experimente științifice”, a spus Wang. „Mediul de gaz rarefiat pe care l-am folosit pentru a demonstra tehnica este similar cu ceea ce se găsește pe Marte. Prin urmare, ar putea avea potențialul de a manipula într-o zi vehicule sau aeronave pe Marte.”

Crearea de forță suficientă

În noua lucrare, cercetătorii au proiectat un grafen-SiO special2 structură compozită special pentru tragere cu laser. Atunci când este iradiată cu un laser, structura creează o diferență de temperatură inversată, ceea ce înseamnă că partea care este îndreptată spre laser devine mai fierbinte.

Când obiectele realizate din grafen-SiO2 structura compozită sunt iradiate de a , moleculele de gaz de pe partea din spate primesc mai multă energie și împing obiectul spre sursa de lumină. Combinarea acestui lucru cu presiunea scazuta a aerului a unui mediu cu gaz rarificat a permis cercetatorilor sa obtina o forta de tragere a laserului suficient de puternica pentru a se misca. .

Folosind un dispozitiv pendul de torsiune sau rotire realizat din grafen-SiOXNUMX2 structură compozită, cercetătorii au demonstrat fenomenul de tragere cu laser într-un mod care a fost vizibil cu ochiul liber. Apoi au folosit un pendul gravitațional tradițional pentru a măsura cantitativ forța de tragere a laserului. Ambele dispozitive aveau aproximativ cinci centimetri lungime.

Tragere repetabilă, reglabilă

„Am descoperit că forța de tragere a fost cu peste trei ordine de mărime mai mare decât presiunea ușoară”, a spus Wang. „În plus, tragerea laserului este repetabilă, iar forța poate fi reglată prin schimbarea puterii laserului.”

Cercetătorii avertizează că această lucrare este doar o dovadă a conceptului și că multe aspecte ale tehnicii ar trebui îmbunătățite înainte de a fi practică. De exemplu, este necesar un model teoretic sistematic pentru a prezice cu precizie forța de tragere a laserului pentru parametrii dați, inclusiv geometria obiectului, energia laserului și mediul înconjurător. Cercetătorii ar dori, de asemenea, să îmbunătățească strategia de tragere cu laser, astfel încât să poată funcționa pentru o gamă mai largă de presiuni ale aerului.

„Munca noastră demonstrează că manipularea flexibilă a luminii a unui obiect macroscopic este fezabilă atunci când interacțiunile dintre lumină, obiect și mediu sunt controlate cu atenție”, a spus Wang. „De asemenea, arată complexitatea interacțiunilor laser-materie și că multe fenomene sunt departe de a fi înțelese atât la scară macro, cât și la scară micro”.

 

Sursa: Cercetătorii creează un fascicul tractor optic care trage obiecte macroscopice

Traduceți "