Стекло, которое замедляет свет

      Комментарии к записи Стекло, которое замедляет свет отключены

Стекло, которое замедляет свет

    «Медленное стекло Желала бы я осознать, что с тобой произошло, Элбан. По телефону ты объявил, что принесешь кусок стекла в два миллиона миль толщиной. — Он и имеется в два миллиона миль толщиной — по крайней мере, для луча света, — Гаррод осознавал, что выбрал неверный подход, но понятия не имел, как исправить положение. — Иными словами, толщина этого куска стекла практически одиннадцать световых секунд». Боб Шоу, «Свет прежнего»

Кроме того в бриллианте, что превосходит все природные материалы по величине коэффициента преломления, скорость света равна 125 000 км/с. Ученые полагали, что снизить ее еще больше вряд ли вероятно. Но за последние годы физики смогли замедлить свет впредь до полной остановки.

Во второй половине 90-ых годов двадцатого века гарвардские исследователи произвели мировую сенсацию, сказав, что облучение лазером практически непрозрачного сверххолодного газа из атомов натрия в состоянии бозе-эйнштейновского квантового конденсата заставляет его пропускать свет со скоростью в 17 м/с.

До полной остановки

Начальник опыта Лене Вестергаард Хау назвала это достижение результатом на грани вероятного, но скоро отправилась еще дальше. В 2001 году ее несколько ненадолго сперва всецело заморозила свет в для того чтобы же конденсата, а позже высвободила его для предстоящего перемещения. Задержка составила только одну миллисекунду, но спустя восемь лет гарвардские физики смогли задержать свет продолжительнее, чем на секунду.

В этом нет никакой мистики. В вакууме световые волны нереально ни остановить, ни кроме того чуточку замедлить. Но доктор наук Хау и ее сотрудники измеряли скорости миллисекундных лазерных вспышек, скомпонованных из монохроматических волн различной частоты. При наложении друг на друга эти волны частично гасятся и частично усиливаются, в следствии чего формируется маленький световой импульс, либо, как говорят физики, волновой пакет.

Если он движется через вакуум, все его компоненты имеют однообразную фазовую скорость, которая имеется скорость самого пакета. Но в любой среды фазовая скорость зависит от частоты (известное из школьного курса физики явление дисперсии). В итоге пакет перемещается со своей собственной скоростью (ее именуют групповой), которая совсем не обязана совпадать с фазовыми скоростями составляющих его волн.

Бозе-эйнштейновский конденсат принадлежит к числу сред с весьма сильной дисперсией и потому может замедлить световые импульсы во многие миллионы раз. Подобной свойством владеют кое-какие менее экзотические среды, такие как тёплый оптические волокна и атомный пар, допированные атомами эрбия.

Замороженный свет может хранить и переносить данные, что кроме этого доказали Лене Хау и ее сотрудники. В 2007 году они пленили лазерную вспышку в бозе-эйнштейновском конденсате, а позже перенесли его атомы в второй такой же конденсат. В то время, когда его облучили лазером и сделали оптически прозрачным, он породил световой сигнал — правильную копию исходного лазерного импульса.

Фантастика

Способы получения медленного света в далеком прошлом уже опробованы научной фантастикой. Пионером в этом деле был американский классик Лайон Спрэг де Камп. Доктор наук Айра Метьюэн, храбрец размещённой в 1940 году новеллы The Exalted (в русском переводе «Медведь в колледже»), смог посредством электромагнитного излучения (!) в квадриллионы раз расширить коэффициент преломления стержня из оптического стекла.

Метьюэн кроме того был способен в течение часов собирать световую энергию в стержня и высвобождать ее за малую долю секунды — это уже что-то наподобие твердотельного лазера с оптической накачкой. Еще один пример — удостоенный премии «Небьюла» рассказ Боба Шоу «Свет прежнего» (Light of Other Days, 1966), где «медленное стекло» с еще громадным коэффициентом преломления пропускает изображения, задерживая их в себе на много лет.

К сожалению, оба автора не обратили внимания на то, что стекло со столь громадным коэффициентом преломления было бы совсем непрозрачным, потому, что полностью отражало бы падающий свет. Фантастам не повезло и со понижением этого коэффициента. Человек-невидимка Уэллса по окончании исчезновения преломляющей свойстве тканей собственного организма — и, следовательно, хрусталиков обоих глаз! — легко бы ослеп.

И не только

Фантастика фантастикой, но способы замедления света воображают несомненный интерес для фотоники. Они создают новую возможность манипулирования световыми импульсами с широким спектром практических применений. Предположим, что на вентиль оптоволоконной совокупности в один момент поступает пара световых сигналов с многобитной информацией. Дабы они не мешали друг другу, один сигнал возможно задержать на входе посредством светозамедляющего устройства (что в полной мере вероятно уже на данный момент).

По всей видимости, такие устройства начнут применять для извлечения и хранения информации, например, в оптических компьютерах. Этим методом возможно резервировать кроме того спутанные фотоны, что в 2008 году экспериментально продемонстрировали физики из Калтеха. Нельзя исключать, что все эти «результаты на грани вероятного» — первый ход к информационным разработкам недалекого будущего.

Нанофотоника

    Холодный фотонный кристалл Кремниевый фотонный кристалл Нагретый фотонный кристалл Электроды

Экзотические среды хороши в лаборатории, но для световых компьютеров требуется что-то компактное и действующий при комнатной температуре. Этим условиям удовлетворяют наноматериалы, структура которых характеризуется периодическим трансформацией показателя преломления в пространственных направлениях (трехмерные дифракционные решетки), — фотонные кристаллы (ФК).

Показатель преломления ФК для какой-либо длины волны определяется не только материалом, из которого он сделан, но и параметрами наноструктуры. Изменяя эти параметры, возможно, по аналогии с электроникой, взять для света ФК-проводники, изоляторы (отражающие свет) либо кроме того полупроводники. Показатель преломления ФК возможно огромным — 100−1000 и выше, и во столько же раз возможно замедлить в нем скорость распространения световых импульсов.

В 2005 году ученые из Исследовательского центра IBM им. Уотсона внесли предложение метод руководить показателем преломления ФК, замедляя либо ускоряя прохождение световых импульсов «по требованию». Их совокупность представляет собой кремниевый фотонно-кристаллический волновод, в котором групповая скорость распространения светового импульса более чем в 300 раз меньше скорости света в вакууме.

В случае если же посредством боковых электродов пропустить электрический ток через ФК, он нагревается и изменяет собственные параметры, тем самым воздействуя на скорость прохождения импульса.

Статья «Медленный свет» размещена в издании «Популярная механика» (№122, декабрь 2012).

Скорость света в стекле. I Vam Nauka.


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: