Лазерный луч может действовать как непрозрачный объект и отбрасывать тень

Может ли свет действительно отбрасывать тень? Хотя на первый взгляд это может показаться философским вопросом, передовые исследования показывают, что при определенных условиях лазерный луч действительно может вести себя как непрозрачный объект, создавая тень.

Это новаторское открытие бросает вызов нашему традиционному пониманию теней и открывает захватывающие возможности для инновационных технологий, которые могли бы позволить одному лазерному лучу управлять другим.

«Раньше считалось, что лазерный свет, отбрасывающий тень, невозможен, поскольку свет обычно проходит сквозь другой свет, не взаимодействуя с ним», — сказал руководитель исследовательской группы Рафаэль Абрахао из Брукхейвенской национальной лаборатории. «Наша демонстрация крайне контринтуитивного оптического эффекта побуждает нас пересмотреть представление о тени».

Исследователи использовали кристалл рубина и определенные длины волн лазера, чтобы продемонстрировать, что лазерный луч может препятствовать свету и создавать видимую тень посредством нелинейного оптического эффекта. Это явление происходит, когда свет взаимодействует с материалом способом, который зависит от его интенсивности, и может влиять на другое оптическое поле.

«Наше понимание теней развивалось рука об руку с нашим пониманием света и оптики», — сказал Абрахао. «Это новое открытие может оказаться полезным в различных приложениях, таких как оптическая коммутация, устройства, в которых свет контролирует присутствие другого света, или технологии, требующие точного управления передачей света, такие как мощные лазеры».

«То, что началось как забавная дискуссия за обедом, переросло в разговор о физике лазеров и нелинейном оптическом отклике материалов», — говорит Рафаэль Абрахао. «Исходя из этого, мы решили провести эксперимент, чтобы продемонстрировать тень лазерного луча».

Чтобы воплотить идею в жизнь, исследователи направили мощный зеленый лазер через стандартный куб из рубинового кристалла, одновременно введя боковое освещение синим лазером. Когда зеленый лазер проникал в рубин, он изменял реакцию материала на синюю длину волны. В этой установке зеленый лазер функционировал как твердый объект, а синий лазер служил источником освещения. Взаимодействие этих источников света приводило к появлению различимой тени на экране — отчетливой темной области, где зеленый лазер препятствовал синему свету.

Эта тень соответствовала всем общепринятым критериям: она была видна невооруженным глазом, соответствовала контурам своей поверхности и отражала форму и положение зеленого лазерного луча, выступая в качестве объекта. Этот поразительный эффект лазерной тени возникает из-за оптического нелинейного поглощения внутри рубина.

По сути, зеленый лазер усиливает оптическое поглощение синего освещающего луча, создавая область пониженной интенсивности в освещающем свете. Следовательно, результатом является выраженная темная область, которая визуально представляет тень зеленого лазерного луча.

Исследователи провели эксперименты, чтобы оценить, как контраст тени меняется в зависимости от мощности лазерного луча, обнаружив пиковый контраст около 22%, сопоставимый с контрастом тени от дерева в яркий день. Они также создали теоретическую модель, которая успешно предсказывает контраст тени.

По словам ученых, это явление указывает на то, что интенсивность передаваемого лазерного луча может быть модулирована применением другого лазера. В дальнейшем они намерены исследовать различные материалы и длины волн лазера, которые могут дать аналогичные результаты.