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颠覆认知：激光也能投影阴影
科学家发现特定条件下激光能投影阴影，挑战传统光学认知，并为激光技术应用开辟新方向。
在实验中，高功率绿色激光被引导通过红宝石立方体，并从侧面用蓝色激光照射。绿色激光器增加蓝色照明激光束的光学吸收，在照明光中产生匹配区域，并产生作为绿色激光束的阴影出现的较暗区域。
光也能投影阴影吗？这听起来像是哲学谜题。然而，科学家发现，在特定条件下，激光束可以像不透明物体一样投影阴影。这一发现颠覆了传统对阴影的理解，并为利用激光控制另一束光的技术带来了新可能。
“激光投影阴影过去被认为不可能，因为光通常不会与其他光发生相互作用，”布鲁克海文国家实验室的研究团队负责人Raphael A. Abrahao表示。他曾在渥太华大学工作过。“这一反直觉的光学效应让我们重新思考阴影的概念。”
在研究中，科学家利用红宝石晶体和特定波长的激光，展示了通过非线性光学过程，激光束能够阻挡光并形成可见阴影。这种效应源于光以强度为条件与材料发生相互作用，进而影响另一束光的行为。
“我们对阴影的理解与光学知识的发展密切相关，”Abrahao说。“这一新发现可能在光学开关等领域发挥作用，例如用光控制另一束光的设备，或需要精确控制光传输的高功率激光技术。”
这项研究是科学家探索光束间特殊条件下相互作用及非线性光学过程的整体工作的一部分。
这一灵感源于科学家的午餐讨论。有人注意到，用3D软件绘制的实验示意图中，激光束被视为圆柱体，忽略了激光的物理特性，因而投射出了阴影。于是有人提问：这在实验室里能实现吗？
“从一场轻松的午餐谈话，到关于激光物理与材料非线性光学反应的深入讨论，”Abrahao回忆道，“最终我们决定进行实验，验证激光束的阴影是否能被真实投射。”
实验过程与发现
研究团队用高功率绿色激光穿过一块标准红宝石晶体，同时用蓝色激光从侧面照射。当绿色激光进入红宝石后，会局部改变晶体对蓝色激光波长的响应。绿色激光在这个过程中表现得像一个普通物体，而蓝色激光则充当光源。
研究人员发现，激光束有时可以像固体物体一样，投射出肉眼可见的阴影。在图片中，阴影显示为穿过蓝色背景的水平线。
两束光的相互作用在屏幕上形成了一个阴影区域。这个阴影符合所有阴影的标准：肉眼可见，贴合其投射表面的轮廓，并随激光束的位置和形状变化而改变。
这种激光阴影效应源于红宝石的光学非线性吸收。具体来说，绿色激光增强了红宝石对蓝色激光的吸收，使蓝光的强度降低，在照明光中形成一个对应的暗区。这一区域正是绿色激光的阴影。
实验测量与未来研究
“这一发现拓宽了我们对光与物质相互作用的认识，为光学技术开辟了全新可能，”Abrahao表示。
实验中，研究人员测量了阴影对激光束功率的对比度依赖性，最高对比度约为22%，与晴天树影的对比度相当。他们还建立了理论模型，准确预测了阴影的对比度。
从技术角度来看，这一效应表明，通过一束激光可以控制另一束激光的传输强度。接下来，研究团队计划探索其他材料及激光波长，寻找类似效应的更多可能性。