Новий метод керування напрямком коливань світлових хвиль дозволяє сподіватися на створення сенсорів небаченої чутливості

Запечатати світло в скляний посудину» дещо простіше, ніж джина в пляшку: лазерне випромінювання може бути «зачинено» в оптичне волокно таким чином, що буде подорожувати не вздовж каналу, а швидше обертатися по спіралі за його кола — в опуклому потовщенні. Хоча таке «замикання» працює всього десяток наносекунд, світло потовщення кабелю встигає зробити 30 000 «обертів».

Тепер дослідники з Віденського технічного університету (Австрія) з’ясували, що при цьому між фотонами і одиничними атомами оптичного волокна виникають інтригуючі взаємодії.

Нормальне поширення світла передбачає коливання світлової хвилі перпендикулярно загальному напрямку поширення (верхній промінь). В цей раз вченим вдалося усвідомлено змусити світлові хвилі коливатися уздовж нього (в потовщенні). (Тут і нижче ілюстрації TU Vienna.)

Світлові хвилі можуть поширюватися, коливаючись в одному фіксованому напрямку, або «згинатися» на манер штопора. Для нормального світла це коливання (поляризація) завжди поперечний, перпендикулярний до напрямку руху світла. «Ви можете уявити собі це як пропелер літака, який завжди обертається в напрямку, перпендикулярному до руху ЛА, — пояснює Арно Раушенбетель (Arno Rauschenbeutel), який очолював дослідження. — Однак світ, замкнений у нашому бутылкообразном микрорезонаторе, має ще і поздовжній коливальний компонент, коли останній збігається з напрямком руху світла в цілому. Це більше схоже на [основною] гвинт вертольота [звичайної схеми]. У горизонтальному польоті в цьому випадку кінчики «гвинта» описують не штопороподібну форму, а… так званий циклоид».

Зараз в оптоволоконних каналах світлові пучки різної поляризації (умовно кажучи, «гвинт за годинниковою стрілкою» і «пропелер проти годинникової стрілки») в якійсь одній точці підсилюють один одного, а в інших — пригнічують.

А ось якщо дві світлові хвилі коливаються вздовж лінії поширення світла, то їх коливання будуть неминуче відрізнятися, бо циклоид складніше траєкторії літакового пропелера.

Про те, що світлова хвиля може коливатися вздовж напрямку поширення світла, вже було відомо. Але ніхто не знав, що цим процесом можна керувати за допомогою «запечатування» світла в микрорезонатор у вигляді потовщення на оптичному каналі. Таким чином, вперше цей тип коливань світла можна буде контролювати і використовувати.


Траєкторія таких коливань нагадує циклоид, а не штопор, як у звичайного світла (вгорі). Світла не вдається вислизнути із потовщення в волокні, оскільки по обидві сторони від нього волокно звужується до величин, менше довжини світлової хвилі (внизу).

У цьому сенсі найближчій завданням автори роботи бачать створення сенсорів. За їх словами, чутливість сенсорів при застосуванні такого світла буде дуже висока, аж до окремих атомів.

Звіт про дослідження опублікований в журналі Physical Review Letters.

Підготовлено за матеріалами Віденського технічного університету.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *