Fysikere designer ultrafokuserede pulser

Fysikere, der arbejdede sammen med forskeren Oriol Romero-Isart, udtænkte en ny simpel plan til teoretisk at generere vilkårligt korte og fokuserede elektromagnetiske felter. Dette nye værktøj kan bruges til præcis registrering og mikroskopi.

Mikrobølger, varmestråling, lys og røntgenstråling er eksempler på elektromagnetiske bølger. Mange applikationer kræver at fokusere de elektromagnetiske felter til små spatiotemporale dimensioner. Ingeniører kan bruge forskellige metoder til at opnå dette. I journalen Fysisk gennemgangsbreve , forskere i Oriol Romero-Isarts gruppe ved Institute of Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI) og Institute for Theoretical Physics ved University of Innsbruck sammen med Ignacio Cirac og Theodor Hänsch ved Max Planck Institute of Quantum Optics, München, har offentliggjort en ny ordning for generering af ultrafokuserede elektromagnetiske felter.

Overraskende adfærd

Når elektrisk strøm strømmer gennem en spole, den producerer elektromagnetiske bølger, der formerer sig i alle retninger. Når spolen placeres inde i en cylinder, der reflekterer bølgerne perfekt, sker der et overraskende fænomen. "Med denne opsætning kunne der genereres vilkårligt fokuserede pulser og kvasi-ækvivalente pulser, "siger juniorforsker Patrick Maurer." De mere bølgelederformer er spændte, jo mere fokuserede de elektromagnetiske felter bliver. "De teoretiske fysikere karakteriserede analytisk systemet i en sådan grad, at, baseret på refleksionerne af de elektromagnetiske bølger på cylinderens inderside, de var i stand til at designe en strømpuls, der ophidser et klart defineret antal tilstande. "På grund af systemets specifikke egenskaber, den aktuelle puls skal kun justeres lidt for at ændre antallet af tilstande eller, med andre ord, at fokusere feltet stærkere. Gennemsnitlig frekvens for pulsen er stort set den samme, "forklarer Jordi Prat-Camps, Postdoc i Romero-Isarts forskerhold. Spektret for det genererede felt bestemmes af cylinderens radius. For eksempel, fokuserede mikrobølgepulser kan genereres ved hjælp af en cylinder, der er flere centimeter tyk.

Teknologiske udfordringer

Fysikerne i Innsbruck kunne bekræfte deres analytiske beregninger med numeriske simuleringer. De viste, at markerne bevarede deres unikke egenskaber i nogen tid, efter at de forlod cylinderen gennem en af ​​åbningerne. Dette nye koncept er af interesse for teknologiske applikationer, der kræver ultrafokuserede felter til at fungere. For eksempel, inden for mikroskopi kunne denne nye ordning lette udviklingen af ​​endnu mere præcise enheder. For at implementere deres ordning, fysikerne påpeger to krav:"For det første, vi skal finde et materiale, der perfekt afspejler sig i et bredt frekvensområde, "siger Prat-Camps." Desuden vi skal præcist generere den beregnede aktuelle puls. Jo bedre disse krav er opfyldt, jo tydeligere vil synligheden af ​​den ønskede effekt være. "