Мобильное меню

Рекордный плавающий лазерный резонатор

Physical Review X недавно сообщил о новом оптическом резонаторе от Техниона - Израильского технологического института, который является беспрецедентным по усилению резонанса. Разработанный аспирантом Джейкобом Хер-Олденом под руководством профессора Тала Кармона, резонатор из Техниона обладает рекордными возможностями по усилению резонанса, по информации портала mzhost.ru.

Резонатор - это устройство, которое улавливает волны и усиливает или отражает их, отражая их от стены к стене в процессе, называемом резонансным усилением. Сегодня во всем мире существуют сложные и изощренные резонаторы различных типов, а также простые резонаторы, знакомые всем нам. Примеры этого включают резонаторную коробку гитары, которая усиливает звук, производимый струнами, или корпус флейты, который усиливает звук, создаваемый в мундштуке инструмента.

Гитара и флейта представляют собой акустические резонаторы, в которых звук отражается между стенками резонатора. В физике также есть оптические резонаторы, например, в лазерных устройствах. Резонатор, по сути, является одним из самых важных устройств в оптике: «Это транзистор оптики», - сказал профессор Кармон.

Вообще говоря, резонаторам нужно как минимум два зеркала для умножения отраженного света (как в парикмахерской). Но они также могут вместить более двух зеркал. Например, три зеркала можно использовать для отражения света в треугольной форме, четыре - в квадрате и так далее. Также можно расположить множество зеркал почти круглой формы, чтобы свет циркулировал. Чем больше зеркал в кольце, тем ближе структура идеального круга.

Но это не конец истории, поскольку кольцо ограничивает движение света одной плоскостью. Решение - сферическая структура, которая позволяет свету вращаться во всех плоскостях, проходящих через центр круга, независимо от их наклона. Другими словами, в трехмерном пространстве.

При переходе от физики к технике возникает вопрос, как сделать резонатор как можно ближе к сфере, которая была бы чистой, гладкой и обеспечивала максимальное количество вращений для оптимального резонанса. Это задача, с которой столкнулись многие исследовательские группы, и в результате, среди прочего, был получен крошечный стеклянный резонатор в форме шара или кольца, который удерживается рядом с узким оптическим волокном. Пример этого был представлен два года назад профессором Кармоном в журнале Nature.

Здесь все еще оставалось место для улучшения, поскольку даже стержень, на котором держится сфера, искажает ее сферическую форму. Следовательно, родилось желание создать плавающий резонатор - резонатор, не удерживаемый никаким материальным объектом.

Первый в мире микрорезонатор был продемонстрирован в 1970-х годах Артуром Ашкином, лауреатом Нобелевской премии по физике 2018 года, который представил плавающий резонатор. Несмотря на достижение, исследовательское направление вскоре было заброшено. Теперь, вдохновленный новаторской работой Ашкина, новый плавающий резонатор демонстрирует резонансное усиление за счет 10 000 000 циркуляций света по сравнению с примерно 300 циркуляциями в резонаторе Ашкина.

Левитирующий резонатор

В резонаторе, сделанном из зеркала, которое отражает 99,9999% света, свет будет вращаться примерно на миллион оборотов или «круговых обходов». По словам профессора Кармона: «Если мы возьмем свет мощностью в один ватт, аналогичный свету вспышки в сотовом телефоне, и позволим ему вращаться вперед и назад между этими зеркалами, сила света будет усилена. примерно до миллиона ватт - мощность равна потреблению электроэнергии в большом районе Хайфы, Израиль. Мы можем использовать высокий световой поток, например, для стимуляции различных взаимодействий света и вещества в области между зеркалами ».

Фактически, миллион ватт состоит из одной и той же частицы света, которая движется вперед и назад через материю, но материя не «знает», что это та же самая частица света, которая многократно движется через материю, поскольку фотоны неразличимы. Он только «чувствует» великую силу. В устройстве этого типа также важно, чтобы миллион ватт проходил через небольшую площадь поперечного сечения. Действительно, устройство, разработанное Kher-Alden, проводит свет за 10 миллионов круговых поездок, в которых свет фокусируется на площади луча, в 10000 раз меньшей, чем площадь поперечного сечения волоса. При этом Kher-Alden установил мировой рекорд в области резонансного усиления света.

Резонатор, разработанный исследователями Техниона, сделан из крошечной капли высокопрозрачного масла диаметром около 20 микрон - четверть толщины пряди волос. С помощью техники, называемой «оптическими щипцами», капля удерживается в воздухе с помощью света. Этот метод используется для удержания капли в воздухе без материальной поддержки, которая может повредить ее сферическую форму или испачкать каплю. По словам профессора Кармона: «Это гениальное оптическое изобретение, оптические щипцы, широко используются в биологических науках, химии, устройствах с микропотоком и многом другом, и именно исследователи-оптики практически не используют его - немного похоже сапожник, ходящий босиком. В настоящем исследовании мы показываем, что оптические щипцы имеют огромный потенциал в области оптической инженерии. Это возможно, например,

Крошечные размеры капли также улучшают сферическую целостность, потому что гравитация почти не искажает ее, поскольку в этих размерах она незначительна по сравнению с силами поверхностного натяжения на границе раздела жидкости, которые придают ей сферическую форму. В уникальной системе, разработанной исследователями Техниона, капля масла удерживается лазерным лучом и получает свет от другого волокна, которое также принимает свет обратно после прохождения через резонатор.

По свойствам света, возвращающегося в волокно, исследователи могут узнать, что произошло внутри капли. Например, они могут выключить свет, попадающий в резонатор, и проверить, как долго фотон проживет в резонаторе, прежде чем он исчезнет. Основываясь на этих данных и скорости света, они могут вычислить количество оборотов, которые фотон делает (в среднем) в капле. Результаты показывают мировой рекорд по усилению света: 10 000 000 вращений, которые проходят через площадь поперечного сечения около микрона в квадрате, увеличивая свет в 10 миллионов раз.


Предыдущая статья
Следущая статья

Вернуться
Мы в соцсетях:
Обновления на почту:
Желаете получать последние статьи? Введите Ваш e-mail:

© 2018 Развиваясь — Богатей!  Войти