ПФ Сильва и С. Р. Муниз, 2022 г.
Каждый владелец кошки знает, как их кошачьи компаньоны получают удовольствие от погони за крошечной точкой света от простой лазерной указки. Теперь бразильские физики выяснили, как улавливать и сгибать лазерный свет в замысловатые формы, создавая впечатляющее фотореалистичное изображение кошки, изображенное выше. Среди других потенциальных применений их метод, описанный в недавней статье, опубликованной в arXiv по физике, может оказаться полезным для создания лучших оптических ловушек для создания облаков ультрахолодных атомов для различных квантовых экспериментов.
По словам соавторов Педро Сильвы и Серхио Муниса из Университета Сан-Паулу, способность производить и точно контролировать форму лазерных лучей с высокой точностью жизненно важна для многих сегментов исследований и промышленности. Они группируют большинство подходов к разработке волнового фронта в две основные категории.
Первый включает в себя такие подходы, как цифровые микрозеркала (DMD) и акустические оптические модуляторы (AOM), которые просты в реализации и могут похвастаться быстрым откликом для управления с обратной связью практически в реальном времени. Но они имеют ограниченную способность контролировать фазу светового поля и не могут создавать определенные виды структурированного света. Они также склонны к спеклу, дифракции или другим искажениям.
ПФ Сильва и С. Р. Муниз, 2022 г.
Ко второй группе относятся голография и различные фазоуправляемые методы, которые могут создавать фазово-структурированные световые и векторные лучи. Компромисс заключается в более низкой скорости управления и отсутствии обратной связи в реальном времени. Сильва и Мунис хотели разработать подход с фазовым управлением, который реализовал бы некоторые из желаемых функций DMD и AOM, в частности отображение пикселей в пиксель, простое кодирование световых паттернов, более быструю обратную связь и более точное управление.
По сути, они улучшили более ранний метод, предложенный в 2007 году, чтобы получить более четкие и плавные результаты. Они поляризовали диодный лазер, чтобы он соответствовал ориентации жидкого кристалла, служащего пространственному модулятору света. Они могли организовать кристаллы с электромагнитными полями, чтобы создать серию призм. Программирование модулятора позволило Сильве и Мунису использовать эти призмы для создания нескольких произвольных геометрических фигур и полностью детализированного изображения кошки.
ПФ Сильва и С. Р. Муниз, 2022 г.
«Мы показываем экспериментальные результаты, демонстрирующие, что с помощью описанного метода можно создавать не только простые и плоские геометрические фигуры, но и сложные и многофункциональные изображения с подробным распределением интенсивности», — пишут авторы. И их метод может быть применен для формирования пучков более мощных импульсных лазеров или даже сверхбыстрых лазеров.
Полезные приложения включают оптическое моделирование и литографию, а также оптическое улавливание ультрахолодных атомов для создания таких систем, как конденсаты Бозе-Эйнштейна (БЭК), которые идеально подходят для моделирования квантовых эффектов. Например, БЭК может «усиливать» атомы так же, как лазеры усиливают фотоны, позволяя ученым изучать странный маленький мир квантовой физики, как если бы они смотрели на него через увеличительное стекло. Физикам даже удалось завязать «квантовые узлы» в БЭК и снять фильмы о том, как узлы распадаются или «развязываются» довольно скоро после образования, прежде чем превратиться в вихрь.
Но это хрупкие квантовые системы, и ими нужно манипулировать с осторожностью. Поэтому оптическая ловушка должна быть очень гладкой и точной, поскольку любые дефекты выбивают атомы из их квантового состояния.
«Честно говоря, у меня нет хороших идей о том, что можно сделать с ультрахолодными атомами или чем-то еще, используя изображение кошки, но это своего рода прокси, показывающее, что вы можете делать очень тонкие и точные функции», — Муниз. сказал New Scientist. «Мы можем делать эти красивые изображения кошек, но мы также можем использовать эту систему для квантового моделирования электронов и сверхпроводимости. [using trapped ultra-cold atoms]».
DOI: arXiv, 2022. 10.48550/arXiv.2204.09724 (О DOI).
Изображение листинга, сделанное PF Silva & SR Muniz, 2022 г.
