激光可以投下阴影？

光本身能投射阴影吗？这听起来像是一个哲学谜语，但研究人员发现，在某些条件下，激光束可以像不透明物体一样投射出影子。这一发现挑战了人们对阴影的传统理解，为利用一束激光控制另一束激光的技术提供了新的可能性。

研究小组负责人、来自布鲁克海文国家实验室的Raphael A. Abrahao说：“激光投射阴影以前被认为是不可能的，因为光线通常会穿过其他光线而不会发生相互作用。我们展示了一种非常反直觉的光学效应，这促使我们重新考虑影子的概念”。

在《Optica》杂志上，研究人员描述了他们如何利用红宝石晶体和特定波长的激光，证明激光束可以阻挡光线，并由于非线性光学过程而产生可见的阴影。这种效应发生在光与材料的相互作用与强度有关的情况下，并能影响另一个光学场。

图1.激光束阴影的摄影图像

Abrahao说：“我们对阴影的理解是与我们对光和光学的理解同步发展的。这项新发现可能会在各种应用中被证明是有用的，例如光学开关、光控制另一种光存在的设备，或者需要精确控制光传输的技术，如大功率激光器。”这项新研究是对一束光如何在特殊条件下与另一束光相互作用以及非线性光学过程的更广泛探索的一部分。

这个想法源于一次午餐谈话，当时有人指出，一些用三维可视化软件制作的实验示意图描绘了激光束的阴影，因为它们将激光束视为一个圆柱体，而没有考虑到激光束的物理特性。一些科学家不禁问道：这能在实验室里实现吗？

Abrahao说：“起初只是午餐时的一次有趣讨论，后来却引发了一场关于激光物理学和材料非线性光学响应的对话。由此，我们决定进行一项实验来演示激光束的阴影。”为此，研究人员用高功率绿色激光穿过标准红宝石晶体制成的立方体，并从侧面用蓝色激光照射。当绿色激光进入红宝石时，会局部改变材料对蓝色波长的响应。绿色激光的作用就像一个普通物体，而蓝色激光的作用就像照明。

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图 2. 用于创建和观察激光阴影的方案

两个光源之间的相互作用在屏幕上产生了一个阴影，在绿色激光阻挡蓝光的地方可以看到一个暗区。它符合阴影的所有标准，因为它肉眼可见，与所落表面的轮廓一致，并与激光束的位置和形状一致，而激光束就像一个物体。

激光阴影效应是红宝石中光学非线性吸收的结果。产生这种效果的原因是，绿色激光增加了蓝色照明激光束的光学吸收，在照明光中形成了一个光学强度较低的匹配区域。其结果是出现绿色激光束阴影的较暗区域。

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审核编辑 黄宇