Когда два лазерных луча пересеклись, один из них помешал прохождению другого. Вопрос о том, может ли луч света отбрасывать тень, звучит как дзенский коан, но физики доказали, что это возможно. Они использовали один лазерный луч, чтобы заблокировать другой, правда, не без помощи кристалла. Ученые утверждают, что эта работа открывает возможности для управления одним лазером с помощью другого. Но если они не пытаются создать световые мечи, то возникает вопрос – куда идут налоги?
Если направить два луча света так, чтобы их пути пересеклись, они пройдут друг сквозь друга, не взаимодействуя. Наблюдатель, смотрящий на объект, освещенный одним лучом, даже не узнает, включен ли второй луч, если только он не находится в его поле зрения. Это издавна считалось одним из фундаментальных свойств света, следствием отсутствия массы у фотонов. Однако было обнаружено своего рода исключение.
«Раньше считалось, что лазерный свет, отбрасывающий тень, невозможен, поскольку свет обычно проходит через другой свет, не взаимодействуя с ним», – заявил доктор Рафаэль Абрахао, ранее работавший в Университете Оттавы. «Наша демонстрация крайне противоречивого оптического эффекта побуждает нас пересмотреть наше представление о тени».
В рамках более широкого исследования взаимодействия световых лучей в необычных условиях Абрахао и его коллеги направили зеленый и синий лазеры под прямым углом друг к другу так, чтобы они пересеклись внутри кубического кристалла рубина. Этот метод работает, потому что зеленый лазер (длина волны 532 нанометра) изменяет реакцию кристалла на другие длины волн света, включая 450 нм синего лазера. В результате кристалл начинает блокировать путь синего лазера, создавая тень на расположенном рядом экране.
Если быть точным, зеленый лазер переводит некоторые электроны кристалла в возбужденное состояние, а когда они возвращаются в основное состояние, то начинают поглощать синий свет, который в противном случае прошел бы сквозь кристалл. Это работает только потому, что сечение поглощения перехода, вызванного зеленым лазером, больше, чем у лазера в рубине, что не характерно для большинства кристаллов.
Созданная тень реальна, но можно поспорить, приписывать ли ее зеленому лазеру или рубиновому кристаллу. Статья, описывающая работу, становится несколько философской по этому поводу.
Регулируя мощность зеленого лазера, авторы смогли изменить индуцированное сопротивление синему свету, при максимальной эффективности уменьшив пропускание синего лазера на 22 процента. Это может показаться не таким уж большим, но они отмечают, что это похоже на тень, отбрасываемую листьями в солнечный день. Авторы утверждают, что тень трудно отличить невооруженным глазом от тени, отбрасываемой черными волосами.
Хотя на эту работу не повлияло то, как свет материализуется во вселенной «Звездных войн», идея возникла из другого вида фантастики: программного обеспечения для 3D-визуализации. Члены команды отметили, что такое программное обеспечение иногда изображает лазерные лучи так, как будто они являются непрозрачными цилиндрами, создавая тень в пересекающем их свете.
«То, что началось как забавное обсуждение за обедом, переросло в разговор о физике лазеров и нелинейном оптическом отклике материалов», – сказал Абрахао. «И мы решили провести эксперимент, чтобы продемонстрировать тень лазерного луча».
«Это открытие расширяет наше понимание взаимодействия света и материи и открывает новые возможности использования света способами, которые мы раньше не рассматривали».
“Наше понимание теней развивалось рука об руку с нашим пониманием света и оптики”, – отметил Абрахао. Как отмечают авторы: «На протяжении… истории люди видели, что тени отбрасываются материальными объектами, такими как деревья, облака или Луна». Понимание того, как образуются тени, имело решающее значение для развития перспективы в искусстве эпохи Возрождения, а также для вычисления Эратосфеном окружности Земли.
«Это новое открытие может оказаться полезным в различных приложениях, таких как оптическая коммутация, устройства, в которых свет управляет наличием другого света, или технологии, требующие точного управления передачей света, например, мощные лазеры», – сказал Абрахао.
Исследование находится в открытом доступе в Optica.
Читайте также: Тайны древнего города на островах Тонга: как лазерные технологии переписывают историю
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.