Tap på langlivede lydbølger i glas

Yale-forskere har vist, hvordan man kan forlænge levetiden for lydbølger, der rejser gennem glas - materialet i hjertet af fiberoptiske teknologier. Opdagelsen vil blive beskrevet i januar-udgaven af ​​tidsskriftet Naturmaterialer .

Daglig erfaring fortæller os, at glas (silica) er meget gennemsigtigt. Faktisk, silica er et af de mest gennemsigtige materialer på jorden. Lys kan forplante sig i tiere af kilometer i silica, før det oplever nogen mærkbar svækkelse. Denne gennemsigtighed, kombineret med glassets formbarhed og lave omkostninger, er grunden til, at glas bruges i så mange af de fiberoptiske teknologier, der former informationsalderen.

Alligevel har silica også en mystisk side. Ved stuetemperatur, silica er et fremragende akustisk materiale. Du kan demonstrere dette ved at trykke på et vinglas med en gaffel og lytte til det ringe i flere sekunder. Imidlertid, i skarp kontrast til de fleste materialer, denne resonans dæmpes hurtigt, når glasset afkøles til kryogene temperaturer.

Disse ejendommelige akustiske egenskaber er kernen i mangeårige mysterier inden for glasfysik. I 1960'erne opdagede videnskabsmænd mange forvirrende egenskaber ved glas:Det ledte varme meget mindre effektivt end forventet, og det varmede op meget langsommere end forventet. Disse forvirrende opdagelser blev i sidste ende forklaret af lokaliserede absorbere i glas, der interagerer med lydbølger på samme måde, som atomer interagerer med lys. Men den dag i dag, den sande natur af disse "akustiske atomer" er ikke fuldt ud forstået.

Ud over, absorption af disse "akustiske atomer" har en anden konsekvens, som fascinerer videnskabsmænd. Ved lave temperaturer påvirker amplituden af ​​en lydbølge, hvor længe den vil ringe. Groft sagt, det betyder, at du kan få dit vinglas til at ringe længere ved at tænde for dit stereoanlæg, hvilket får glasset til at vibrere ved helt forskellige frekvenser. I øvrigt, varigheden af ​​ringetonen stiger, når stereolydstyrken skrues op.

Yale-forskere har brugt dette koncept til at kontrollere lydens levetid i glas. Ved at skinne laserlys ind i fiberoptiske bølgeledere lavet af glas, de var i stand til at sondere og generere akustiske bølger i fiberkernen. Ved at generere en intens akustisk bølge på én frekvens (dvs. "tænde for stereoanlægget") og sondere på en anden ("tappe på et vinglas"), forskerne var i stand til at forlænge levetiden for en lydbølge.

Forskerne sagde, at fordi glas er rygraden i en række banebrydende teknologier, resultaterne åbner mulighed for nye former for højpræcisionssansning og informationsbehandling.

"Vores arbejde tager et vigtigt skridt mod konstrueret lyddynamik i glas, sagde Peter Rakich, assisterende professor i anvendt fysik og fysik ved Yale og hovedforsker af undersøgelsen.