Тайны, невероятное, необъяснимое и непознанное

Лента Мебиуса, созданная из света

Категория: Наука
   
Лента Мебиуса, созданная из света


Благодаря сотрудничеству исследователей из Канады, Европы и США посредством поляризации света была экспериментально получена лента Мебиуса, подтверждая теоретическое предсказание о возможности электромагнитного светового поля принять эту специфическую форму.

Ленту Мебиуса сделать легко. Возьмите полоску бумаги, скрутите ее один раз и соедините концы. Вы создали петлю Мебиуса: трехмерную структуру, у которой есть только одна сторона (плоскость). Миллионы школьников проделывают это в классных комнатах каждый год. Но найти ленты Мебиуса, встречающиеся в природе, - это другой вопрос.

"Это - один из очень немногих известных примеров структуры Мебиуса, появляющейся в природе", заявляет Роберт В. Бойд, профессор оптической физики в университете Рочестера и заведующий кафедрой квантовой нелинейной оптики в Университете Оттавы. Бойд является одним из главных авторов статьи, описывающих эти исследования.

Демонстрация того, что лента Мебиуса может быть создана из состояний поляризации света, представляет интерес не только для улучшения фундаментального понимания оптической поляризации, но также и потому, что она может быть использована для создания сложных структур на микро- и наномасштабах.

Свет - электромагнитная волна, и как таковой, он имеет электромагнитное поле. Направление, в котором осциллирует электрическая составляющая этого поля обычно называют поляризацией света. Поляризация, например, является ключом к пониманию снижения бликов поляризованных солнцезащитных очков и делает возможным создание 3D фильмов. Поляризация лучей солнечного света, как правило, случайна, а это означает, что ориентация электрического поля независима от одного луча к другому. Но когда свет отражается от многих объектов, например воды, стекла, или поверхности шоссе - отраженный свет становится поляризованным в определенном направлении, параллельном поверхности, которая отражает свет. Поляризованные темные очки способны блокировать свет, поляризованный в этом направлении, тем самым значительно уменьшая блики, но пропуская беспрепятственно другой свет.

В их эксперименте, чтобы произвести ленту Мебиуса, исследователи используют специфический, довольно экзотический тип луча света: плотно сфокусированный лазерный луч, который они называют структурированным светом. Структурированный свет имеет очень специфическую поляризацию и распределение интенсивности в световом пучке - и, следовательно, электромагнитное поле осциллирует по-разному для разных частей пучка. Это не всегда движется под прямым углом к направлению света, как это было бы в случае стандартного лазерного луча. В этом высоко структурированном пучке, составляющие электрического поля будут во всех трех измерениях. Более того, различные части пучка будет иметь различные компоненты электрического поля в разных направлениях.

Чтобы создать структурированный луч и измерять поляризацию, исследователи использовали серию оптических инструментов. Лазерный свет сначала проходит через Q-пластину - эффективную жидкокристаллическую линзу, разработанную Лоренцо Марруччи и Эбрахимом Карими в Неаполе. Для изображения поляризации исследователи использовали наночастицы. Эти частицы сканировали в поперечном сечении пучка, и исследователи наблюдали рассеивание света. При определении, как свет рассеивается, и эффективно используя его в качестве интерферометра, обнаруживается поляризация светового луча в фокусе, и, таким образом появляются ленты Мебиуса. Этот способ был разработан Гердом Лойксом и Питером Бэнзером в Эрлангене.

Лента Мебиуса показывает, как электрическое поле ориентировано в каждом положении по круговой траектории вокруг оси лазерного луча. В зависимости от особенностей структуры лазерного луча, исследователи наблюдали поляризации ленты Мебиуса, имеющих 3/2 или 5/2 твистов. Эти ленты демонстрируют богатую структуру, которой луч света может обладать в очень маленьком, масштабе расстояния поддлины волны, объяснил Бойд. Он также добавил, что, кроме того, метод измерения, используемый здесь, имеет большие перспективы для исследования наноструктуры и других видов световых пучков.

  • 30-01-2015, 16:11
  • Просмотров: 1362
  • Комментариев: 0


Поделиться новостью с друзьями

Добавление комментария
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код: