У відкритті, яке кидає виклик традиційній оптиці, вченим вдалося змусити лазерний промінь відкидати власну тінь – подвиг, який раніше вважався неможливим, оскільки світло зазвичай проходить крізь інше світло без перешкод.
Щоб дізнатись останні новини, слідкуйте за нашим каналом Google News онлайн або через застосунок.
Дослідники з Брукхейвенської національної лабораторії на чолі з фізиком Рафаелем А. Абрахао досягли цього дивовижного ефекту за допомогою нелінійного оптичного процесу з рубіновим кристалом.
Тіні, які традиційно утворюються, коли об’єкт блокує світло, є повсякденним явищем. Вони виникають через нездатність світла проникати крізь непрозорі об’єкти, створюючи область, позбавлену освітлення. Однак команда Абрахао продемонструвала, що за певних умов саме світло – зокрема, лазерний промінь – може блокувати інший промінь, утворюючи видиму тінь. «Наша демонстрація дуже контрінтуїтивного оптичного ефекту спонукає нас переглянути наше уявлення про тінь», – пояснює Абрахао.
Щоб створити цей ефект, команда спрямувала потужний зелений лазер крізь рубіновий кристал і освітила його перпендикулярно синім лазером. Коли зелений лазер взаємодіяв з рубіном, він змінював оптичні властивості кристала, збільшуючи поглинання синього світла і відкидаючи видиму тінь у формі зеленого лазера. Ця тінь відповідала всім критеріям: вона була видима неозброєним оком, відповідала контурам лазера і зміщувалася разом з рухом зеленого лазера, подібно до того, як поводиться традиційна тінь.
Це несподіване явище виникає завдяки властивості, відомій як нелінійне оптичне поглинання. Такі матеріали, як рубін, демонструють нелінійну реакцію, тобто їхня взаємодія зі світлом змінюється залежно від інтенсивності світла. У цьому експерименті зелений лазерний промінь збільшив швидкість поглинання синього світла в кристалі рубіна. В результаті, коли синє світло виходило з рубіна, він утворював темнішу область там, де проходив зелений лазер, ефективно відкидаючи «тінь» від зеленого променя.
Рубін, відомий матеріал у нелінійній оптиці, був обраний через його здатність посилювати, поглинати та модифікувати світло в інтенсивних умовах. Взаємодія між атомами рубіна і світлом створила поляритони – квазічастинки, що утворюються при зчепленні фотонів і атомів. Ці поляритони, які мають деякі характеристики світла, але мають масу, дозволили лазеру заблокувати частину шляху синього променя, створивши таким чином тінь.
«Наше розуміння тіней розвивалося пліч-о-пліч з нашим розумінням світла та оптики», – каже Абрахао. «Це нове відкриття може виявитися корисним в додатках, що вимагають точного контролю світла, таких як оптичне перемикання, де один світловий промінь контролює поведінку іншого, або в потужних лазерних системах».
Дослідники досягли тіньового контрасту близько 22%, що можна порівняти з тінню від дерева в сонячний день. Вони сподіваються, що це відкриття може уможливити нові технології керування світлом за допомогою світла, відкриваючи двері до передових технологій виготовлення, візуалізації та освітлення.
Рекомендація редакції: Лазерна зброя: Історія, розробки, потенціал та перспективи
Наступні кроки передбачають вивчення інших матеріалів і довжин хвиль для виявлення додаткових способів досягнення подібних ефектів. Це дослідження розширює межі оптичної науки і підкреслює потенціал взаємодії світла і матерії для розблокування нетрадиційних застосувань. Хоча зараз основна увага зосереджена на розумінні цього явища, практичне застосування може з’явитися в галузях, які потребують складного контролю над передачею та взаємодією світла.
Якщо вам цікаві статті та новини про авіацію та космічну техніку — запрошуємо вас на наш новий проєкт AERONAUT.media.
Читайте також: