تکنولوژی
سایه نور؟ دانشمندان برای اولین بار پرتو لیزر را به سایه انداختند
دانشمندان در یک کشف تعجب‌برانگیز توانستند با استفاده از یک فرآیند نوری غیرخطی و استفاده از یک بلور یاقوت، یک پرتو لیزر را به سایه تبدیل کنند. این پدیده که به‌طور سنتی غیرممکن تصور می‌شد، از جذب غیرخطی نور ناشی می‌شود که در آن، بلور یاقوت با جذب نور آبی و ایجاد سایه‌ای قابل مشاهده، به تغییر خواص نوری خود می‌پردازد. این کشف می‌تواند در کاربردهایی که نیاز به کنترل دقیق نور دارند مفید باشد مانند سوئیچینگ نوری و سیستم‌های لیزری پرقدرت.
در کشفی که به چالش کشیدن فیزیک نور قرار دارد، دانشمندان توانسته‌اند پرتو لیزری را به سایه تبدیل کنند - چیزی که قبلاً غیرممکن تصور می‌شد، زیرا نور معمولاً بدون تداخل از نور دیگر عبور می‌کند.
محققان آزمایشگاه ملی بروکهیون به رهبری فیزیکدان رافائل آ. آبراهائو این اثر شگفت‌انگیز را با استفاده از یک فرآیند نوری غیرخطی با یک بلور یاقوت ایجاد کردند.
ریزش نور جدیدی بر روی سایه‌ها می‌افکند
سایه‌ها، که به‌طور سنتی هنگامی که یک جسم نور را مسدود کند شکل می‌گیرند، پدیده‌ای روزمره هستند. آنها نتیجه عدم توانایی نور در نفوذ به اجسام مات است که منجر به ایجاد ناحیه‌ای بدون نور می‌شود. با این حال، تیم آبراهائو نشان داد که تحت شرایط خاص، خود نور - به‌خصوص، یک پرتو لیزری - می‌تواند پرتو دیگر را مسدود کند و یک سایه مرئی تشکیل دهد.
"نمایشی از یک اثر نوری بسیار نامتعارف ما را وادار می‌کند تا مفهوم سایه را بازنگری کنیم،" آبراهائو توضیح می‌دهد.
برای ایجاد این اثر، تیم از یک لیزر سبز با قدرت بالا از طریق یک بلور یاقوت عبور داد و به صورت عمودی با یک لیزر آبی روشن کرد. زمانی که لیزر سبز با یاقوت تعامل داشت، خواص نوری بلور را تغییر داده و جذب نور آبی را افزایش داد و سایه‌ای مرئی به شکل لیزر سبز انداخته شد.
این سایه تمام معیارها را داشت: با چشم غیرمسلح قابل مشاهده بود، با خطوط لیزر مطابق بود و با حرکت لیزر سبز جابجا می‌شد، شبیه به نحوه رفتار یک سایه سنتی.
غیرخطی بودن اپتیک و نقش یاقوت
این پدیده غیرمنتظره از خاصیتی به نام جذب نوری غیرخطی ناشی می‌شود. موادی مانند یاقوت واکنش های غیر خطی ای را نشان می‌دهند، به این معنا که تعامل آنها با نور بسته به شدت نور تغییر کند.
در این آزمایش، پرتو لیزر سبز نرخ جذب نور آبی در بلور یاقوت را افزایش داد. نتیجتاً، زمانی که نور آبی از یاقوت خارج شد، ناحیه‌ای تاریک تولید کرد که در آن پرتو لیزر سبز عبور کرده بود، به‌طوری که "سایه‌ای" از پرتو سبز انداخته شد.
یاقوت، که به عنوان ماده‌ای شناخته شده در اپتیک غیرخطی می‌باشد، به دلیل توانایی‌اش در تقویت، جذب و تغییر نور در شرایط شدید انتخاب شد. تعامل بین اتم‌های یاقوت و نور پلاریتون‌هایی - ذرات شبه‌ای که از جفت شدن فوتون‌ها و اتم‌ها تشکیل شده‌اند - ایجاد کرد.
این پلاریتون‌ها، که دارای برخی ویژگی‌های نوری هستند اما جرم دارند، به پرتو لیزری اجازه دادند بخشی از مسیر پرتو آبی را مسدود کند، بنابراین سایه‌ای ایجاد کند.
"درک ما از سایه‌ها به همراه درک ما از نور و اپتیک توسعه یافته است،" آبراهائو می‌گوید. "این کشف جدید می‌تواند در برنامه‌هایی که نیاز به کنترل دقیق نور دارند، مانند سوئیچینگ نوری، جایی که یک پرتو نور رفتار دیگر را کنترل می‌کند، یا در سیستم‌های لیزری پرقدرت مفید باشد."
کاربردهای بالقوه
محققان به کنتراستی در سایه‌ای که حدود ۲۲٪ بود، که به سایه یک درخت در یک روز آفتابی قابل مقایسه است، دست یافتند. آنها امیدوارند که این کشف بتواند تکنولوژی‌های جدیدی را برای کنترل نور با نور امکان‌پذیر کند و درهای جدیدی برای ساخت، تصویربرداری و تکنیک‌های روشنایی پیشرفته باز کند.
مراحل بعدی شامل بررسی مواد و طول موج‌های دیگر برای شناسایی راه‌های اضافی برای دستیابی به اثرات مشابه است.
این تحقیق مرزهای علم اپتیک را جلو می‌برد و پتانسیل تعاملات نور و ماده را برای بازگشایی کاربردهای نامتعارف برجسته می‌کند. در حالی که تمرکز فعلی عمدتاً بر روی درک این پدیده است، ممکن است کاربردهای عملی در زمینه‌هایی که نیاز به کنترل پیچیده بر روی انتقال نور و تعامل دارند، به وجود آید.
این مطالعه در مجله Optica منتشر شده است.
