Физики процедили свет через воронку

Пластина с волноводом овального поперечного сечения и конической формы в продольном направлении. На врезках вверху и внизу – входное и выходное отверстие, справа – продольный разрез. Масштабная линейка на основном снимке – 50 мкм, на правом – 1 мкм (фотографии In-Yong Park, Mark I. Stockman, Seung-Woo Kim et al./ Nature Photonics).

Новое микроскопическое устройство сыграло для света роль воронки, не только концентрирующей поток, но и меняющей его частоту.

Воронка в данном случае — это не просто механическая аналогия. Группа учёных из Южной Кореи, Германии и США действительно построила пустотелый конус из серебра. Этот конус длиной в несколько микрометров был заполнен ксеноном.

В ходе опыта с широкой стороны воронки в неё поступали импульсы инфракрасного излучения. Электромагнитные силы от световых волн производили в поверхностном слое металла волны плотности электронов (поверхностные плазмонные поляритоны), которые принимались бежать к узкому концу воронки, попутно концентрируясь.

Усиленные поляритоны, в свою очередь, формировали внутри воронки очень мощные поля, в несколько сотен раз сильнее, чем поля в падающем инфракрасном свете. В результате от атомов ксенона отрывались электроны и вновь возвращались к ним, генерируя при этом мощные импульсы ультрафиолета.

Ультрафиолетовое излучение с длиной волны до 20 нм выходило из узкого конца воронки, который также служил преградой для инфракрасных волн, ведь диаметр выходного отверстия серебряного конуса составлял 100 нм, а длина исходного ИК-излучения – 800 нм.

Схема работы конуса. Слева поступает инфракрасный луч (показан красным цветом). Он возбуждает в воронке поверхностные поляритоны, которые концентрируются воронкой и резко наращивают свою силу (красно-жёлтые волны). Эти поляритоны влияют на атомы ксенона (зелёный цвет), генерирующие сверхкороткие импульсы ультрафиолета (фиолетовый цвет). Последние покидают воронку с узкого конца (иллюстрация Christian Hackenberger).

По информации PhysOrg.com, на выходе своей установки физики получили импульсы ультрафиолета длительностью всего несколько фемтосекунд каждый (фемто – 10-15) с очень высокой частотой следования — 75 миллионов раз в секунду.

Авторы эксперимента предполагают, что эти фемтосекундные вспышки на деле представляю собой пакеты импульсов, длящихся аттосекунды (атто — 10-18).

Вместе с высокой частотой повторения это свойство генерируемого воронкой излучения открывает заманчивые перспективы для физических исследований. Учёные говорят, что источник света с такими экстремальными параметрами пригодится при изучении динамики электронов в атомах и молекулах. Ультрафиолет в таком случае сыграет роль субатомной фотовспышки, помогающей остановить «неуловимое мгновение».

(О своей работе авторы эксперимента отчитались в Nature Photonics.)



Электрическое поле превратило жидкость в твёрдое тело

13 октября 2011

Впервые сфотографирована четверная радуга

12 октября 2011

Физики создали переключаемый мираж

7 октября 2011

Нобелевку по физике получили первооткрыватели тёмной энергии

4 октября 2011

Миллионы галактик помогли подтвердить теорию Эйнштейна

30 сентября 2011
  • Геннадий Бражник  18 октября, 17:42
    Наконец-то квантовая физика дошла до стандартной рупорной антенны радиосвязи , которой лет 70 или 80.
    ОтветитьНравится
  • Максим Селиванов  18 октября, 18:46
    Как жаль что вы не провели такой эксперимент 70-80 лет назад. А то бы вас тоже напечатали в рецензируемом журнале.
    ОтветитьНравится
  • Геннадий Бражник  18 октября, 19:32
    По крайней мере чего-то нового по сравнению с классическим расчетом апертуры Конического рупора с эллиптическим или круглым волноводом в статье не приведено. Правда от рупоров в основном отказались, перейдя на стандартные параболические антенны, но по этому вопросу написана уже целая библиотека материалов, и хотелось узнать что нового в статье? Продольная лазерная накачка или просто так -"пригодится при изучении динамики ..."?
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  18 октября, 20:15
    Вопрос на засыпку номер один — ваш радиорупор работает в вакууме? Ага. А эта штука — нет. Потому что принцип действия несколько иной. Вопрос второй — ваш радиорупор изменяет диаграмму направленности излучения? Ага, а эта штука изменяет _частоту_ — причём очень сильно. Вопрос третий — вы полагаете, что это (обсуждаемая система) просто такой хитрый лазер и всё?
    ОтветитьНравится
  • Геннадий Бражник  18 октября, 20:55
    Во первых, при расчете распространения рв используются показатели среды, поэтому среда как таковая не имеет значения.
    Диаграмма направленности — это конструктивная особенность антенны, а не излучения.
    В РА изменяется длина волны излучения за счет изменения эффективной площади излучения. Но это не является определяющим фактором, поскольку информационной является боковая дорожка и для несущей частоты, которая имея частотный сдвиг, отсекается полосовыми фильтрами. Просто другой диапазон частот, а эффект практически тот же.
    Если вопрос не затрагивает исследования девиации частоты, то новизны как-то не просматривается — поэтому и спрашиваю
    ОтветитьНравится
  • Леонид Попов  18 октября, 21:21
    Геннадий, тут-то среда (ксенон) очень даже имеет значение. Потому что является излучателем. В общем ваша аналогия неверна.

    «В РА изменяется длина волны излучения за счет изменения эффективной площади излучения.» ой-ой-ой

    ОтветитьНравится
  • Геннадий Бражник  18 октября, 21:41
    «Жидкий ксенон иногда используется как рабочая среда лазеров»
    ru.wikipedia.org/wiki/Ксенон
    Леонид,
    поэтому я и спрашиваю про продольную накачку лазера?
    ОтветитьНравится
  • Сергей Скалба  18 октября, 22:12
    Не то слово! — ставим на крыше рупор: днем — радио; ночью — свет, ну, или хотябы тепло.
    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  18 октября, 20:15
    Очень интересный и красивый опыт!
    Люди уже вовсю думают над освоением литографического процесса
    ОтветитьНравится
  • Илья Лягин  18 октября, 20:16
    (разрыв)
    ОтветитьНравится
  • Сергей Скалба  18 октября, 22:17
    Присоединяюсь :)
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  18 октября, 20:50
    -- Статью не видел, но: Видимо входящий диаметр где-то около4 мкм . Явление связано с размерным фактором и мощностью накачиваемого. Нечто подобное происходит и при пересечении мощных ЭМВ лучей. Там тоже может образоваться такой «вертуальный» вывернутый конус . Это был такой разговор в старой Мембране — там я утверждал что будет умножение частот ЭМВ .. Что стобственно происходит: ЭМВ накапливаясь — меняет Э-М свойства поверхности — т.н. нелинейность позволяет произойти многофотонным захватам электронам. Интересно то,что само организация системы «запирает» процесс впуская ЭМВ и выбрасывая электроны пачками (после срыва состояния) -генерируют пакеты импульсов. число пакетов в цуге — размерно-мощностной фактор ..
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  19 октября, 07:02
    -- При пересечении ЭМВ лучей- изменяются Э-М свойства пространства.
    ОтветитьНравится
  • Олег Апарцев  19 октября, 11:26
    Превосходный эксперимент.
    Может стать основой для пикселей будущих экранов с инфракрасной «накачкой».
    Интересно, какова минимальная плотность инфракрасной засветки, порождающей ультрафиолетовые вспышки?
    Может это новый путь к тепловизорам?
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  19 октября, 16:15
    -- Излучение должно быть когерентным.. энергия квантов оличается в сорок раз !! Тут появляется одно чудное явление.. но это для другого раза..
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  20 октября, 08:46
    --Интересно то,что есть возможность управления атосек. импульсами.. — это между прочим, самая плотная передача информации — речь идёт о миллионах терработов..
    ОтветитьНравится
  • Олег Апарцев  20 октября, 14:26
    Думаю, что частота в пачке импульсов определяется резонансом электронов атомов газа. Можно попытаться магнитным полем «сдвинуть» резонансные частоты.
    Каким образом магнитное поле засунуть в ячейку?
    Ну, либо намотав катушку индуктивности соосно конусу, либо подсвечивая ее (ячейку) свч-волнами.
    Вопрос кодирования сигналов при этом решается просто. Для начала, например, разносом частот двух излучающих ячеек, в дальнейшем, вероятно и одной хватит.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  20 октября, 16:04
    -- Я бы с удовольствием разработал такую штучку..
    ОтветитьНравится
  • Иван Касьянов  20 октября, 17:02
    Вот интересно а в принципе сам принцип подойдет для создания дешевых коротковолновых лазеров, скаже для считывающей техники или нет? Насчет литографии я не уверен что этот источник годится, там ведь важно равномерное освещение и на как можно большей площади, а здесь наоборот высокофокусированный пучек я так понимаю получается. Зато для оптической записи сверхвысокой плотности будет вай как апетитно — и короткая волна и фокусировка и высокая компактность как я понимаю. Нужно будет только решить проблему создания полимеров устойчивых к таким жестким излучениям
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  20 октября, 17:04
    -- К литографии это,конечно ,не имеет отношение.. как миниум новый сверх скоростной передатчик ..
    ОтветитьНравится
  • Сергей Шляхтов  20 октября, 17:30
    Похороны термодинамики, эдак можно более холодным телом нагреть более горячее. Когерентность при накачке не нужна, там есть «задержка» по времени при поглощении. Тут форма корпуса обуславливает направленность и частоту излучения. Ксенон вторичен, поскольку все равно многоуровневое возбуждение валентных электронов (разве что в чем-то ксенон оказался лучше для этих целей).
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  20 октября, 17:38
    -- Здесь — нужна ..
    ОтветитьНравится
  • Олег Апарцев  21 октября, 12:17
    КПД такой системы наверняка невысок, ведь значительная часть потерь — на осциляциях электронов в металле.
    ОтветитьНравится
  • Сергей Шляхтов  21 октября, 17:25
    Каюсь, погорячился. У меня была задумка в чем-то похожая, там нет, вот механически и перенес. Ну да ладно, и так не плохо! Не так уж и проблематично сделать когерентным излучение от радиатора. А по сути это перевод низкопотенциального тепла в электроэнергию ;)
    ОтветитьНравится
  • Сергей Шляхтов  21 октября, 17:27
    Ну и в чем будет выражены потери? В нагреве и когерентном инфракрасном излучении??? Или есть иные соображения, тогда поделитесь!
    ОтветитьНравится
  • Виктор Алексеевич  30 октября, 23:53
    Если бы догадались рупор перевернуть обратной стороной, увидели бы чудо!
    ОтветитьНравится
  • Константин Верехин  8 января, 17:34
    интересно что же будет дальше coffeemus.ru
    ОтветитьНравится
  • Александр Иерархов  8 января, 17:35
    Хватит говносайт пиарить...
    ОтветитьНравится
  • Александр Мосин  8 января, 17:37
    И присутствующие здесь ещё на меня наезжают?
    Прикольно!
    ОтветитьНравится