本周快讯

第一作者: Lior Michaeli

通信作者: Harry A. Atwater

通讯作者单位: California Institute of Technology

文章链接: https://doi.org/10.1038/s41566-024-01605-w

导读

光帆是目前最有希望实现系外行星探测的方案。然而，对于光帆推进所需的关键参数尚缺乏实验表征。因此,如何在实验室条件下准确测量和表征这些参数，对于光帆技术的发展至关重要。本文提出了一个实验室级光帆的光力学表征和模型开发平台。研究团队基于激发光束引起的多物理场动力学效应，提出了一种同时测量光学力和功率的方法。研究中使用50纳米厚、由柔性弹簧悬挂的微米级氮化硅薄膜模拟光帆，通过非共振驱动位移来量化力的大小，并利用加热导致的机械模式软化来测量功率。通过这种方法，可以将测得的力与驱动功率进行校准。研究发现，在110 W cm-2的准直光束照射下，可以产生70飞牛顿的辐射压力。此外，研究人员还量化了入射光角度和光斑大小对光学力的影响，并通过边缘散射理论对其进行解释。由于光帆也会受到横向力的作用，研究中还通过光栅干涉方式，实现了面内运动的测量。该研究成果为全面表征光帆性能以及通过辐射压力操纵宏观物体提供了技术框架。

快读

图文

图1 |从星际光帆到实验室光帆平台

图2 | 光力学表征的多物理场平台

图3 | 光帆原型器件和实验表征平台

图4 | 光帆上的光学力测量

图5 | 不同角度下推动光帆前进的辐射压力的精确测量

图5 | 使用自稳定的超光栅测量光帆的面内位移

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