13.03.2015

Создано оптическое волокно, способное укорачивать идущие по нему импульсы света

Во время забегов на длинные дистанции все спортсмены стартуют из одного места в одно и то же время. Затем более быстрые бегуны вырываются вперед, а более медленные отстают от основной массы, из-за чего вся группа растягивается на большое расстояние. Нечто подобное происходит и с импульсом света, распространяющегося в среде, имеющей высокое значение коэффициента преломления. Импульсы света, излучаемые не очень качественными полупроводниковыми лазерами или светодиодами, содержат свет с немного разными длинами волн, и когда этот импульс попадает внутрь стекла, фотоны с разными длинами волн перемещаются с различными скоростями. Это явление приводит к возникновению эффекта дисперсии, за счет которого импульс света становится более длинным, нежели он был в самом начале.

Но ученые из Венского Технологического университета нашли способ изменить на кардинально противоположное влияние эффекта дисперсии, т. е. сделать импульс света короче, чем он был вначале. Во время экспериментов импульс света укоротился в соотношении 20 к 4.5, а сделано это было при помощи полого оптоволокна, имеющего достаточно сложную наноструктуру. Разработанная учеными технология получения коротких импульсов света более проста и более дешева в реализации, нежели установки, использующие другие методы.

В экспериментах импульс инфракрасного света подавался в специальное оптоволокно, полость которого была заполнена газом. Нелинейность взаимодействия света со стеклом и газом становится причиной движения волн света с разной скоростью. Более длинноволновые фотоны движутся быстрее, нежели фотоны с более короткой длиной волны. Однако, специальные наноструктуры из которых состоит материал оптоволокна, поворачивают эффект вспять и заставляют фотоны с короткой длиной волны двигаться быстрее длинноволновых фотонов.

Комбинация таких двух противоположных эффектов приводит к сжатию и ускорению импульса света. Это походит на старт бегунов, выстроенных в колонну один за одним, но которые приходят к финишной черте все одновременно. Конечный импульс света не только имеет малую длительность, его интенсивность, яркость, повышается пропорционально уменьшению его длительности, и может достигать гигаватта импульсной пиковой мощности.

Уже в течение многих лет ученые используют чрезвычайно короткие импульсы инфракрасного света для "распутывания" тайн квантового мира. Такие импульсы способны отодвинуть электроны далеко от их атомов, они способны ускорить электроны и при помощи всего этого можно контролировать динамику некоторых химических и ядерных реакций.

Но, для того, чтобы получать сверхкороткие, длительностью в фемто- и аттосекунды, импульсы света до последнего времени использовались только сложнейшие установки, стоимость которых исчисляется числом с большим количеством нулей. Новый метод компрессии импульсов света позволит производить эксперименты не только в стенах лабораторий, за которыми стоит мощная финансовая поддержка военных и энергетических ведомств. Теперь подобные эксперименты смогут проводить ученые из университетских лабораторий, делая эти эксперименты частью учебного процесса.

Источники:

1. dailytechinfo.org