Fysikere skaber tidsomvendte optiske bølger

Optikforskere fra University of Queensland og Nokia Bell Labs i USA har udviklet en ny teknik til at demonstrere tidsændringen af ​​optiske bølger, som kunne transformere områderne avanceret biomedicinsk billeddannelse og telekommunikation.

Tidsreversering af bølger i fysik betyder ikke at rejse tilbage til fremtiden; den beskriver en speciel type bølge, som kan spore en sti baglæns gennem et objekt, som om at se en film af den omrejsende bølge, spilles omvendt.

UQ's Dr. Mickael Mounaix og Dr. Joel Carpenter, sammen med Dr. Nick Fontaines team hos Nokia Bell Labs, er de første til at demonstrere denne gang vending af optiske bølger, ved hjælp af en ny enhed, de udviklede, der tillader fuld 3-D kontrol af lys gennem en optisk fiber.

"Forestil dig at sende en kort lyspuls fra en lille plet gennem noget spredende materiale, som tåge, " sagde Dr. Mounaix.

"Lyset starter på et enkelt sted i rummet og på et enkelt tidspunkt, men bliver spredt, når det rejser gennem tågen og ankommer på den anden side på mange forskellige steder på mange forskellige tidspunkter.

"Vi har fundet en måde at præcist måle, hvor alt det spredte lys ankommer og på hvilke tidspunkter, lav derefter en 'baglæns' version af det lys, og send den tilbage gennem tågen.

"Denne nye tidsomvendte lysbølge vil spore den oprindelige spredningsproces som at se en film i omvendt rækkefølge - endelig ankomme til kilden, lige som den begyndte:en enkelt position på et enkelt tidspunkt."

Dr. Carpenter sagde den baglæns version af lysstrålen, kendt som den omvendte tidsbølge, var et tilfældigt udseende 3D-objekt, som en lille sky af lys.

"For at skabe den lette sky, du skal tage en første kugle af lys, der flyver ind i systemet, og form den derefter til den 3D-struktur, du ønsker, "Sagde Dr. Carpenter.

"Denne skulptur skal foregå på tidsskalaer af billioner af et sekund, så det er for hurtigt at forme ved hjælp af bevægelige dele eller elektriske signaler – tænk på det som at skyde en kugle af ler med høj hastighed gennem et statisk apparat uden bevægelige dele, som skærer bolden op, afleder brikkerne, og kombinerer derefter stykkerne for at producere en outputskulptur, alt sammen mens leret flyver igennem uden nogensinde at bremse.

Dr. Fontaine sagde, at der ikke var nogen enhed, der fuldt ud kunne styre og forme en lysstråle i 3-D, før holdet udviklede denne teknik.

"Det er meget vigtigt at kontrollere lysleveringen så præcist som muligt for mange applikationer, lige fra billeddannelse til at fange objekter med lys, til at skabe meget intense laserstråler, " sagde Dr. Fontaine.

Ved at bruge den nye enhed, forskere vil være i stand til at udføre eksperimenter, der tidligere var umulige, sætte teoretiske begreber på mange områder på prøve.

Denne undersøgelse blev offentliggjort i Naturkommunikation .