Физики закрутили свет в спирали
|
Впервые свойства закрученного света были описаны ещё двадцать лет назад. У этого открытия большой потенциал: ему найдётся применение и в телекоммуникациях, и в квантовых компьютерах, и в астрономии. Всё потому что закрученный свет обладает одним уникальным свойством — орбитальным угловым моментом (ОУМ). |
За два десятилетия физики уже успели доказать на практике, как хорош закрученный свет. С помощью спиральных пучков астрономы искали экзопланеты, а специалисты в области телекоммуникаций передавали огромные объёмы информации по оптоволоконным кабелям с очень высокой скоростью. |
Как правило, закрученный свет создавался путём бомбардировки голографических дифракционных решёток лазерными лучами. На этот раз исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) придумали новый метод "производства" закрученного света. |
Для этого они использовали пучок электронов. Таким же образом физики генерируют импульсы рентгеновского лазерного излучения при помощи тех же электронов. Поясним. |
На самых современных установках пучки ускоренных электронов направляются через ондуляторы — идеально настроенные ряды магнитов, которые заставляют электроны колебаться из стороны в сторону таким образом, что они генерируют лазерные лучи. |
В случае создания закрученного света учёные одновременно посылают через ондулятор два импульса — один пучок электронов и один лазерный луч. Сочетание лазерного импульса и ондулятора изменяет энергетическое состояние электронов. Когда они проходят через другой массив из магнитов, который называется шиканой (формирует S-образное движение), то выстраиваются на поворотах в изогнутую фигуру, словно гоночные автомобили, и продолжают свой путь по следующему прямому участку уже по траектории штопора. |
Такой спиральный пучок электронов затем попадает во второй массив ондуляторов, который заставляет их колебаться и испускать закрученный же свет. |
Отметим, что ранее физикам удавалось "закрутить" лишь видимый свет. На этот раз учёные заговорили о возможности изменения траектория движения даже для рентгена. |
Эксперимент проводился на тестовом линейном ускорителе NLCTA в Национальной ускорительной лаборатории SLAC. Первый пучок света с ОУМ был оптическим, но Эрик Хемсинг (Erik Hemsing) и его коллеги утверждают, что произвести такой же закрученный свет с куда более короткой длиной волны (например, рентгеновский) будет столь же просто. |
"Спиральные лучи света, созданные таким образом, имеют массу преимуществ перед обычными. Лазеры на свободных электронах способны генерировать лучи света с разной длиной волны, а также очень короткие и ультраяркие импульсы. Благодаря этому перед нами открывается возможность создания света с орбитальным угловым моментом на рентгеновской длине волны", — говорит ведущий автор исследования. |
Яркие лучи закрученного рентгеновского излучения могут быть полезны в изучении конденсированных сред. Но есть одна проблема: как это было в случае с производством первых рентгеновских лазеров, технология опережает спрос на неё. Многие исследователи, которым бы очень пригодился свет с ОУМ, вероятно, даже не знают, что он уже доступен и как многого с ним можно достичь, пишут учёные в пресс-релизе. |
Данное исследование — далеко не первое в области производства пучков света с заданными характеристиками. Оно является продолжением масштабной работы с источниками синхротронного излучения, такими как SSRL на линейном ускорителе SLAC, и лазерами на свободных электронами, такими как LCLS. |
На сегодня одной из основных задач физиков, работающих в Национальной ускорительной лаборатории SLAC, является проведения максимального количества громких экспериментов, необходимых для привлечения внимания коллег из других университетов и исследовательских институтов к работе с закрученным светом. |
|
При использовании материалов с сайта активная ссылка на него обязательна
|