Ученые предложили способ управления нитями света
 Схематическое изображение проведенного эксперимента. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Луч света, сфокусированный на маленьком объекте, распространяется за него посредством дифракции. Если свет будет достаточно интенсивным, он будет взаимодействовать со средой (например, с воздухом или стеклом), повышая показатель преломления в центре луча (где его интенсивность максимальна). Эта особенность работает, как линза, обеспечивая самофокусировку луча, компенсируя отклонения формы пучка света из-за дифракции. Таким образом, луч при распространении имеет постоянный диаметр.
Если световой импульс имеет большую интенсивность, чем это необходимо для формирования постоянного диаметра луча, он может сфокусироваться настолько, что при его прохождении среда (воздух или стекло) будет ионизирована, т.е. образуется плазма. Этот интенсивный узкий пучок носит название филамента (в некоторых источниках его также называют нитью-филаментом). Центральный канал из плазмы помогает ему сохранять стабильный диаметр порядка десятка микрон.
Потенциальное применение филаментов достаточно обширно. К примеру, они могут использоваться для получения оптического отклика от объектов, которые необходимо наблюдать с безопасного расстояния (например, радиоактивного распада). Кроме того, взаимодействие света и плазмы позволяет получить предельно короткие импульсы, длительность которых не увеличивается при прохождении на большие расстояния.
Однако до сих пор у ученых не было инструментов контроля над поведением филаментов. Из-за сложного взаимодействия света и среды, в которой он распространяется, такие импульсы проходят через циклы фокусировки и расфокусировки в пространстве и времени. Похоже, в своей последней работе группа ученых из Foundation for Research and Technology–Hellas (FORTH) и University of Crete (Греция) предложили путь для стабилизации филаментов.
Ранее в рамках теоретических расчетов ученые уже показали, что филаменты могут быть стабилизированы, если они создаются в так называемой фотонной решетке – среде, оптические свойства которой периодически изменяются в пространстве. Как и в случае дифракционной решетки, использование такой среды приведет к рассеянию пучка, однако это рассеяние может контролироваться, параллельно препятствуя спорадической фокусировке и расфокусировке, возникающей в результате внутренних изменений. Теперь же подобная возможность была продемонстрирована экспериментально. В качестве фотонной решетки на практике исследователи использовали кристалл стекла, в котором лазером были «выжжены» длинные каналы (с другим показателем преломления).
По мнению ученых, аналогичные фотонные структуры могут быть созданы и в воздухе, например, с помощью ионизации. Таким образом, опубликованная в журнале Physical Review Letters работа является шагом в направлении использования филаментов на практике.
Также по теме:
- Графен позволил создать ультрабыстрый лазер
- Лазер поможет «ловить» отдельные атомы
- Лазер способен определять положение электронов в атоме
- Лазер на атомном ядре может быть не только математической абстракцией
- Лазер на основе нанопроводов может существенно повысить плотность хранения информации
Источники: