Mail.RuПочтаМой МирОдноклассникиИгрыЗнакомстваНовостиПоискВсе проекты
Рассылка
Получайте главные новости дня от Hi-Tech Mail.Ru
, Источник: N + 1

Физики заставили прозрачный материал выглядеть непрозрачным

Прозрачные материалы можно заставить поглощать свет практически полностью, если направлять на них волны с экспоненциально растущей амплитудой.

Посвященная исследованию этого эффекта статья ученых из МФТИ и Техасского университета опубликована в Optica.

Распространение света в прозрачной среде можно описать с помощью S-матрицы (scattering matrix, матрица рассеяния). Эта, вообще говоря, комплексная матрица связывает частоты падающего и рассеянного света и позволяет сравнительно легко установить основные свойства оптической системы. Например, если собственные значения S-матрицы обращаются в ноль при некоторой частоте ωa, то на этой частоте система будет поглощать абсолютно весь свет. Если же S-матрица имеет полюс при частоте ωe, то при любом конечном возбуждении свет будет бесконечно усиливаться — мы имеем дело с лазером.

МФТИ

В комплексной частоте мнимая часть отвечает за изменение амплитуды волны со временем, а действительная — за собственно колебания. Если мнимая часть этой частоты положительна, то волна затухает, если отрицательна — усиливается. В системе без потерь нули и полюса S-матрицы расположены симметрично относительно действительной оси, поэтому свободные (незатухающие) электромагнитные волны не могут абсолютно поглощаться или бесконечно усиливаться в такой системе.

Добавление потерь нарушает временнýю симметрию, что может привести к перемещению одной из этих особенностей на действительную ось. Таким образом можно создать материал, поглощающий абсолютно весь свет на заданной «обычной» (действительной) частоте ω. К сожалению, в результате такого поглощения материал сильно нагревается, что не очень удобно.

В данной работе ученые предложили использовать для поглощения комплексные полюса матрицы рассеяния. Говоря более простым языком, они предложили направлять на прозрачную среду волну не с постоянной (как обычно), а с экспоненциально растущей амплитудой. Из-за этого обычно прозрачный материал начинал выглядеть абсолютно поглощающим, то есть накапливал всю поступающую в него электромагнитную энергию волны.

Предложенную идею физики проверили с помощью численного моделирования одномерного прозрачного диэлектрика в CST Microwave Studio. В самом деле, в такой системе волна, амплитуда которой росла экспоненциально, полностью поглощалась диэлектриком. Прошедших и отраженных от диэлектрика волн практически не было. Однако стоило амплитуде прекратить расти, сразу же начинался обратный процесс, и вся энергия излучалась обратно в виде затухающей аналогичным образом волны.

Кроме того, ученые обобщили эти результаты на случай большей размерности. Для этого они рассмотрели рассеяние подобных экспоненциально растущих волн на прозрачном цилиндре. В этом случае плоские волны заменялись на цилиндрические функции, и вычисления усложнялись, однако качественно картина оставалась прежней: волны практически полностью поглощались цилиндром, пока их амплитуда росла, а затем излучались обратно.

Стоит отметить, что результаты работы ученых можно применить не только в оптике, поскольку формализм S-матрицы так же успешно применяется в акустике, квантовой механике и квантовой теории поля. Например, изменяя похожим образом волновую функцию частицы, попавшей в потенциал, можно исключить рассеяние и добиться идеального сохранения частицы в этом потенциале.

В начале ноября мы писали о том, как физики из МФТИ смешали свет на искусственном атоме. А в прошлом году физикам из Института гравитационной физики удалось рекордно сжать свет, уменьшив флуктуации амплитуды в 32 раза по сравнению с традиционными измерениями.

Поделитесь с друзьями новыми разработками ученых, нажмите кнопки соцсетей ниже
Обзоры новинок
Подробности о главных премьерах
Вы подписались на рассылку.Отменить
Подписаться на рассылку
Комментарии
13
Петр Селютин
зря вы срач открываете. перед вами метод накачки для лазера на основе диэлектрика. просто те кто пишет не понимает о чем он пишет.
СсылкаПожаловаться
Вольдэмар Сэсэрский
Всё умное,жаль смартфоны китайские.
СсылкаПожаловаться
Хочу в СССР
Грядёт эра новой тонировки.
СсылкаПожаловаться
Чтобы оставить комментарий, вам нужно авторизоваться.
Обнаружили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.
Подпишитесь на нас
Новости Hi-Tech Mail.Ru