Fysikere fanger lys i stormens øje

Ligner en orkanens øje, fysikere ved forskningsinstitut AMOLF, University of Amsterdam og University of Texas i Austin, har fanget lys i øjet af en optisk hvirvel. Forskningen offentliggøres den 4. juni ^th i den øverste journal Natur fotonik .

"Lyset kunne bevæge sig i enhver retning, men gør det ikke, "siger forsker Hugo Doeleman fra AMOLF -gruppen Resonant Nanophotonics og University of Amsterdam." Det er et mærkeligt fænomen. Det er som at låse lys ind i et fængsel med usynlige vægge. "Dette fænomen, som de berømte fysikere Von Neumann og Wigner forudsagde for elektroner i 1929, fandtes også at forekomme i lys. I forskningsargargon, det kaldes en bundet tilstand i kontinuum (BIC). En BIC opstår, når lysbølger fanges og forbliver et sted, uden at noget modsætter sig deres bevægelse. "Lyset kunne slippe ud, men det gør det ikke, "siger Doeleman.

I 2014, en gruppe forskere fra MIT, Harvard, og Yale forudsagde, at disse BIC'er er centrum for en slags optisk hvirvel. Doeleman og hans kolleger Wouter den Hollander og Femius Koenderink har nu eksperimentelt bevist eksistensen af ​​en sådan hvirvel. Det lykkedes dem at producere en BIC og demonstrere, at lyset er fanget i en polarisationsvirvel, som forudsagt:lyset fanges i stormens øje. Forskerne fra Amsterdam arbejdede tæt sammen med to forskere fra USA, Francesco Monticone (nu ved Cornell University) og Andrea Alù (nu ved City University of New York) for at forstå, hvordan hvirvelen fanger lyset.

For at producere en BIC, en prøve er nødvendig med to optiske kanaler, der spreder indgående laserlys. Prøven produceret på AMOLF bestod af en række miniature siliciumnitridstænger på en tynd glasmembran. På grund af interferensen forårsaget af prøvens struktur, en hvirvelform opstår i lysets polarisationsretning. Dette sker omkring det punkt, hvor lyset fanges - øjet. Teamet udviklede en model, der viser, hvad der skete i deres prøve. "Modellen afslører, at denne usynlige væg, som lyset ikke kan passere, opstår præcis, når lysbølgerne spredt af de to kanaler ødelægger destruktivt. Det er netop den tilstand, der definerer stormens øje. "

Det mest slående aspekt er, at hvirvelen gør BIC robust, siger Doeleman. "Så længe der er en hvirvel, der er et øje. Små ufuldkommenheder kan fortrænge eller deformere hvirvelen, men øjet bevæger sig med det. Kan sammenlignes med når en orkan bevæger sig, øjet bevæger sig med det. Kun hvis hvirvelen helt forsvinder, forsvinder BIC også. "Det vil være nyttigt til applikationer inden for fotonik, da det betyder, at BIC er tolerant over for afvigelser, der altid forekommer.

På længere sigt, BIC'er kan være nyttige til fremstilling af små lasere. Doeleman:"For at lave en god laser, du skal være i stand til at fange lys i nogen tid og koncentrere det. "Sådan en lille laser kan derefter placeres på en fotonisk chip." Dog kan det er noget på længere sigt. For nu, vi er hovedsageligt fascineret af det faktiske fænomen. Vi er i begyndelsen af ​​at opdage, hvad BIC’er kan. ”