摘要：一组科学家已经对实验室中的微型轻袋进行了激光诱导的动作进行了首次实验测量。...

通过超薄帆推动的航天器在星际空间中旅行的想法听起来像是科幻小说的东西。但实际上，斯蒂芬·霍金（Stephen Hawking）和尤里·米尔纳（Yuri Milner）的一项计划始于2016年，被称为“突破性星光倡议”的计划一直在探索这个想法。这个概念是使用激光来推动与“ Lightsails”相连的微型空间探针，以达到超快速速度，并最终我们最近的恒星系统Alpha Centauri。

加州理工学院（Caltech）领导着全球社区，致力于实现这一大胆的目标。奥蒂斯·阿特沃特（Harry Atwater）解释说：“轻型邮件的行驶速度将比任何以前的航天器更快，最终有可能打开星际距离直接直接探索，这只能通过远程观察才能访问，” Harry Atwater解释说。

现在，Atwater和他在加州理工学院的同事开发了一个平台来表征超薄膜，有一天可以使用这些平台来制作这些轻型邮件。他们的测试平台包括一种测量激光器在帆上施加的力的方法，并将用来将航天器驶入太空。该团队的实验标志着从理论建议和设计的设计到关键概念和潜在材料的实际观察和测量的第一步。

Atwater说：“开发一种最终可以用作Lightsail的膜涉及许多挑战。它需要承受热量，在压力下保持其形状并沿激光束的轴稳定骑行。” “但是，在我们开始建造这样的帆之前，我们需要了解材料如何应对激光器的辐射压力。我们想知道是否可以通过测量其运动来确定施加在膜上的力。事实证明，我们可以。”

一篇描述作品的论文出现在日记中自然光子学。该论文的主要作者是Caltech的应用物理学lior Michaeli的博士后学者和Applied Physics Ramon Gao（MS '21）的研究生。

目的是表征自由移动的Lightsail的行为。但是，作为第一步，为了开始研究实验室中的材料和推进力量，该团队创建了一个微型灯塔，该尾部围在较大的膜内的角落。

研究人员使用了加州理工学院Kavli纳米科学研究所的设备和一种称为电子束光刻的技术来小心地对仅50纳米硅硅的膜进行厚实的膜，从而产生看起来像微观蹦床的东西。迷你蹦床是一个仅40微米宽的正方形，长40微米，被氮化硅弹簧悬挂在拐角处。然后，团队用可见的波长用氩激光灯击中膜。目的是通过测量蹦床上下移动时测量微型灯塔所经历的辐射压力。

共同领导作家迈克尔（Michaeli）说，但是从物理学的角度来看，这张照片在帆的束缚时会发生变化。 “在这种情况下，动态变得非常复杂。”帆充当机械谐振器，当被光击中时，像蹦床一样振动。一个关键的挑战是，这些振动主要由激光束的热量驱动，这可以掩盖辐射压力的直接效果。迈克尔说，团队将这一挑战变成了优势。 “我们不仅避免了不需要的加热效果，而且还利用了我们对设备行为的了解的知识来创造一种新的方法来衡量光的力量。”

新方法使设备还可以作为功率计，以测量力量和激光束的功率。

共同领导的作者高（Gao）说：“该设备代表了一条小型的轻型邮件，但是我们工作的很大一部分是在设计并意识到了一种计划，以精确测量由远程光学力量引起的运动。”

为此，团队构建了所谓的通用路径干涉仪。通常，可以通过两个激光束的干扰来检测运动，其中一个激光束击中振动样品，而另一个痕迹是刚性的位置。但是，在一个通用路径干涉仪中，由于两个梁走过几乎相同的路径，因此它们遇到了相同的环境噪音来源，例如在附近运行的设备甚至人说话的设备，并且这些信号被消除了。剩下的只是样品运动中非常小的信号。

工程师将干涉仪集成到他们用于研究微型帆的显微镜中，并将设备安装在定制的真空室内。然后，他们能够测量帆的运动，如皮克仪（仪表仪（数万亿米））及其机械刚度 - 也就是说，当帆被用激光的辐射压力推动时，弹簧变形了多少。

由于研究人员知道，太空中的轻型邮件并不总是垂直于地球上的激光源，因此他们接下来将激光束倾斜以模拟这一点，并再次测量了激光推动迷你帆的力量。重要的是，研究人员说的是激光束以一定角度扩散的激光束，因此通过将结果校准为设备本身测量的激光功率，在某些区域中缺少样品。然而，在这种情况下的力量低于预期。在论文中，研究人员假设某些梁以某个角度指向帆的边缘，导致一部分光线散落并朝其他方向发送。

展望未来，该团队希望使用纳米科学和超材料（精心设计的材料，以其理想的特性，以帮助控制微型灯塔的左右运动和旋转。

高高说：“然后，目标是看看我们是否可以使用这些纳米结构的表面来例如将恢复力或扭矩赋予光链。” “如果要从激光梁中移动或旋转光线袋，我们希望它自己移动或自行旋转。”

研究人员指出，他们可以通过论文中描述的平台进行左右运动和旋转。 Gao说：“这是一个重要的垫脚石，要观察旨在让自由加速的Lightsail乘坐激光束的光学力和扭矩。”

该论文是1月30日发表的“光锯膜的直接辐射压力测量”。该论文中的其他Caltech作者与Atwater，Michaeli和Gao一起发表，是高级研究科学家Michael D. Kelzenberg（Phd '10），前博士后学者Claudio U. Hail和研究教授John E. Sader。阿德里安·默克特（Adrien Merkt）还是该论文的作者，他在苏黎世（EthZürich）的研究生中参加了该项目。这项工作得到了空军科学研究办公室和突破性星际计划的支持。