Ученые обнаружили, что лазеры могут блокировать свет и отбрасывать тень
Тени — естественное следствие непрозрачных стен в освещенной Вселенной.
Свет сияет; фотоны путешествуют до тех пор, пока не столкнутся с объектом, через который они не могут пройти; эта блокировка создает тень, небольшой кусочек тьмы там, где свет был затруднен.
Физики, однако , только что обнаружили нечто очень необычное. Лазер, проходящий через нужный прозрачный материал, может заставить окружающую среду стать непрозрачной, как если бы он отбрасывал собственную тень.
«Наша демонстрация очень противоречивого оптического эффекта заставляет нас пересмотреть наше представление о тени», — говорит физик Рафаэль Абраао из Брукхейвенской национальной лаборатории. в США.
За исключением особых обстоятельств, фотоны не взаимодействуют друг с другом, с пересекающимися волны проходят насквозь беспрепятственно.
Если вы пересечете два луча, они пройдут друг через друга, как если бы там ничего нет – как будто один луч фонарика пропускает другой.
Абраао и его коллеги решили исследовать, может ли луч света отбрасывать тень почти так же, как побочный проект. Они изучали, как взаимодействуют лучи света при использовании нелинейных материалов. Это материалы, взаимодействие которых со светом не масштабируется линейным образом, что приводит к таким эффектам, как усиление, поглощение, самофокусировка и гармоники (или репликация частоты).
Они использовали программное обеспечение для 3D-моделирования, чтобы создать простые схемы для своих экспериментов. В этом программном обеспечении луч света был представлен в виде сплошного цилиндра, отбрасывающего тень, и физики находили это довольно забавным… пока им это не показалось интересным.
«То, что началось как забавная дискуссия за обедом, переросло в разговор о физике лазеров и нелинейном оптическом отклике материалов», — говорит Абраао. «Оттуда мы решили провести эксперимент, чтобы продемонстрировать тень лазерного луча».
Ruby — популярный материал для изучения нелинейной оптики, поэтому исследователи использовали его в качестве точки встречи двух лазеров, синего и зеленого.
Синий лазерный луч был направлен на одну сторону рубина, прошел сквозь него и осветил экран холодным светом, в то время как узкий луч зеленого лазерного света прошел перпендикулярно первому из другой.
Везде, где тонкая линия зеленого света падала на молекулы рубина, возникал сложный танец поднимающихся электронов. и произошло падение. Как следствие, немного более короткая длина волны синего света была сбита с толку переходящими электронами, и его путь через полупрозрачный материал блокировался.
Поэтому зеленый лазерный луч ведет себя как объект, создавая темную линию в синем свете, которая падает на экран по другую сторону рубина.
Эта темная линия соответствовала всем критериям, позволяющим отнести ее к тени. Это было видно невооруженным глазом; соответствовал контурам экрана, на котором был отлит; и перемещался вместе с зеленым лазерным лучом при перемещении лазерного источника.
«Это открытие расширяет наше понимание взаимодействует свет-материя и открывает новые возможности использования света способами, которые мы раньше не рассматривали», — говорит Абраао.
