Hvor dybt er et spejl? Det kommer an på, men beregningerne er mere præcise nu

Lys reflekteres fra et spejl, men hvor sker denne refleksion? Godt, det kommer an på, Martin van Exter og Corné Koks opdagede. Deres præcise beregninger, udgivet i Optik Express , har applikationer i design af optiske hulrum til kvantekommunikation.

"At fortælle dig sandheden, mange forskere har været lidt sjuskede, siger Martin van Exter, diskuterer tidligere arbejde. "Vi har prikket nogle i'er og krydset nogle t'er." Van Exter taler om distribuerede Bragg-reflektorer (DBR'er), standardtypen spejl, der bruges i fysik. De er lavet af stablede glaslag med skiftevis brydningsindeks. Van Exter siger, "De fungerer meget godt. Ved bare at stable nok lag, du kan opnå op til 99,99 % refleksion."

Men en konsekvens af at bruge glas er, at lyset delvist trænger ind i spejlet. Hvor dybt går denne penetration? Van Exter og Ph.D. studerende Corné Koks søgte at finde ud af.

"Vi bruger disse spejle til at lave optiske hulrum. To små spejle overfor hinanden, med lyset reflekterende frem og tilbage. Små spejle, også, " siger Van Exter. Afstanden mellem spejlene er kun 2 eller 3 mikrometer, omkring en 50th tykkelsen af ​​et hår. Dette er kun lidt større end lysets bølgelængde. "Så for os, det betyder noget, hvor langt lyset trænger ind i spejlet."

Indtrængningsdybde

Koks og Van Exter udførte en grundig matematisk analyse af opførsel af elektromagnetisk stråling i DBR'er, og konkluderede, at der er tre forskellige penetrationsdybder, alt efter hvad man gerne vil måle.

Lys i et hulrum kan være en stående elektromagnetisk bølge, med noder (hvor amplituden er nul) og antinoder (hvor amplituden er maksimal). Punktet i spejlet, hvor knudepunktet er placeret, blev kaldt fasegennemtrængningsdybden af ​​Van Exter og Koks. "Denne penetrationsdybde er ikke særlig dyb, typisk næsten på spejlets overflade, " siger Van Exter. "Dette gælder for lys med en bølgelængde. Men nogle gange, du bruger ikke enkelt bølgelængde, men en puls. Når du beregner, hvor hurtigt denne puls vender tilbage, og derfor fra hvilken dybde, indtrængningsdybden viser sig at være større. Det her, vi kalder frekvensen penetrationsdybde." Ved siden af ​​det, fysikerne definerede en tredje modal penetrationsdybde, anvendelig til en skarpt fokuseret lysstråle.

Sjovede beregninger

Konklusionen er, at der er tre forskellige indtrængningsdybder. At vælge hvilken der skal bruges, afhænger af præcis hvad du vil måle. "Dette er ingen revolutionære ændringer, " siger Van Exter, "men vi viser dette for første gang, og vi bemærker, at fysikere ofte er sjuskede, når de beregner deres optiske opsætninger. "

Forskellene er vigtige for optiske hulrum lavet af Van Exters forskergruppe. Disse kan muligvis bruges til kvantekommunikation i fremtiden. Van Exter siger:"En af de hellige grale er at overføre en fotons kvantetilstand til et enkelt atom eller molekyle, eller omvendt. Du kan måske gøre det ved at reflektere lyset frem og tilbage i et optisk hulrum, der rummer ét atom. Men så skal du være i stand til at beregne den nøjagtige størrelse af dit hulrum, og derfor dybden af ​​dit spejl."