气体中的光化学诱导声光效应

声光效应是指在介质（通常是晶体）中发射声波，以调制其折射率并创建可调谐光学光栅。在本文中，我们提出了一种在气体中产生声光效应的新方案的理论基础，其中声波由空间调制紫外光的局域吸收（从而导致气体加热）引发，正如 Y. Michine 和 H. Yoneda 在 Commun. Phys. 3, 24 (2020) 中所演示的。我们识别了通过气体中存在的臭氧分子的光解作用，由紫外光吸收引发的化学反应，并计算了由此产生的气体温度随空间和时间的变化。求解欧拉流体方程表明，调制的等容加热在气体中引发了一种混合的声波/熵波，其高振幅密度（因而折射率）调制可用于操控高功率激光。我们计算得出，在室温下，使用仅几毫米厚、含有百分之几臭氧的气体，以低于 100 mJ/cm2 的紫外能量密度，即可获得接近 100% 的衍射效率，这与实验测量结果一致。我们的分析提出了通过改变缓冲气体成分来优化衍射效率的可能方法。气体的光学损伤阈值比固体高出两到三个数量级；因此，这些光学元件应能操控千焦级别的激光。