یافتهای شگفتانگیز که میتواند به روشهای جدیدی برای کنترل نور منجر شود!
آیا نور میتواند سایه بیندازد؟ شاید این سوال به نظر فلسفی برسد، اما محققان دریافتهاند که در شرایط خاص، یک پرتو لیزر میتواند مانند یک جسم کدر عمل کرده و سایه ایجاد کند. این کشف، درک سنتی ما از سایهها را به چالش میکشد و راههای جدیدی برای استفاده از پرتوهای لیزر برای کنترل دیگر پرتوهای لیزر باز میکند.
«ایجاد سایه توسط نور لیزر قبلاً غیرممکن به نظر میرسید، زیرا معمولاً نور بدون تعامل از میان نور دیگر عبور میکند.» این سخنان رافائل آ. آبراهائو، سرپرست تیم تحقیقاتی از آزمایشگاه ملی بروکهاون است که پیشتر در دانشگاه اوتاوا فعالیت داشت. وی افزود: «نمایش این اثر اپتیکی بسیار غیرمعمول، ما را به بازنگری درک خود از مفهوم سایه دعوت میکند.»
در مقالهای که در ژورنال Optica منتشر شده است، محققان توضیح دادهاند که چگونه از یک کریستال یاقوت و طولموجهای خاص لیزر استفاده کردند تا نشان دهند که یک پرتو لیزر میتواند نور را مسدود کرده و به دلیل یک فرایند نوری غیرخطی، سایهای قابل مشاهده ایجاد کند. این اثر زمانی رخ میدهد که نور به شیوهای وابسته به شدت با یک ماده تعامل داشته و میتواند بر میدان نوری دیگر تأثیر بگذارد.
توضیح تصویر: محققان نشان دادند که یک پرتو لیزر میتواند گاهی مانند یک جسم جامد عمل کرده و سایهای ایجاد کند که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده است. در تصویر، سایه بهصورت یک خط افقی که پسزمینه آبی را قطع میکند دیده میشود.
منبع عکس: Abrahao و همکاران.
کشف سایه لیزری در ناهار علمی
این تحقیق جدید بخشی از مطالعهای گستردهتر در زمینه تعامل پرتوهای نور با یکدیگر در شرایط خاص و فرایندهای نوری غیرخطی است. ایده اولیه این آزمایش از یک گفتوگوی ناهار شکل گرفت، زمانی که یکی از دانشمندان به طرحهای شماتیک سهبعدی اشاره کرد که سایهای برای پرتو لیزر ایجاد میکردند، زیرا آن را بهصورت یک استوانه نمایش میدادند و به فیزیک واقعی پرتوهای لیزری توجه نمیکردند. این سوال مطرح شد که آیا این پدیده در آزمایشگاه قابل انجام است؟
رافائل آبراهائو گفت: «آنچه بهعنوان یک بحث جالب حین ناهار شروع شد، به بررسی فیزیک لیزرها و پاسخ نوری غیرخطی مواد انجامید. از آنجا تصمیم گرفتیم آزمایشی را برای نشان دادن سایه پرتو لیزر انجام دهیم.»
انجام آزمایش
برای این آزمایش، محققان یک لیزر سبز پرقدرت را از میان یک مکعب کریستال یاقوت استاندارد عبور دادند و آن را از کنار با یک لیزر آبی روشن کردند. وقتی لیزر سبز وارد کریستال یاقوت میشود، پاسخ ماده به طولموج آبی را بهطور محلی تغییر میدهد. در این حالت، لیزر سبز مانند یک جسم معمولی عمل کرده و لیزر آبی نقش منبع نور را ایفا میکند.
تعامل میان این دو منبع نور، سایهای را روی صفحه ایجاد کرد که بهصورت ناحیهای تاریک قابل مشاهده بود؛ جایی که لیزر سبز نور آبی را مسدود میکرد. این سایه با چشم غیرمسلح قابل مشاهده بود، از کانتور سطحی که روی آن میافتاد تبعیت میکرد و شکل و موقعیت پرتو لیزر (بهعنوان یک جسم) را دنبال میکرد.
اثر سایه لیزری نتیجه جذب نوری غیرخطی در یاقوت است. این اثر زمانی رخ میدهد که لیزر سبز باعث افزایش جذب نوری پرتو لیزر آبی شود و منطقهای در نور آبی ایجاد کند که شدت نوری کمتری دارد. نتیجه، ناحیه تاریکی است که بهعنوان سایه پرتو لیزر سبز ظاهر میشود.
اندازهگیری سایه
آبراهائو افزود: «این کشف، درک ما از تعاملات نور و ماده را گسترش میدهد و امکان استفاده از نور به روشهایی که قبلاً تصور نمیکردیم را فراهم میکند.»
محققان بهصورت تجربی، وابستگی کنتراست سایه به توان پرتو لیزر را اندازهگیری کردند و دریافتند که حداکثر کنتراست تقریباً ۲۲ درصد است که مشابه کنتراست سایه یک درخت در روز آفتابی است. آنها همچنین یک مدل نظری توسعه دادند که میتوانست بهطور دقیق کنتراست سایه را پیشبینی کند.
چشمانداز فناوری
از منظر فناوری، محققان معتقدند این اثر نشان میدهد که شدت پرتو لیزر عبوری میتواند با استفاده از لیزری دیگر کنترل شود. آنها در مرحله بعدی قصد دارند مواد و طولموجهای لیزری دیگری را بررسی کنند که میتوانند اثرات مشابهی ایجاد کنند.