Звук управляет светом

04.02.2015

В начале прошлого века советский физик Леонид Мандельштам теоретически показал, что звуковые колебания в прозрачном веществе могут рассеивать проходящий через это вещество свет. Звуковые волны вызывают локальные изменения плотности среды и как следствие, меняют показатель преломления. В результате такого рассеяния теряется часть световой энергии. Независимо от Мандельштама американский физик Леон Бриллюэн пришел к таким же результатам. В итоге взаимодействие звука и света в прозрачных средах назвали эффектом Мандельштама-Бриллюэна.

Однако мы не замечаем, чтобы громкая музыка рассеивала свет от лампочки, как, например, рассеивается свет автомобильных фар в тумане. Эффект станет заметным, только если вместо обычной лампочки взять источник монохроматического излучения - лазер. Дело в том, что луч лазера представляет собой электромагнитное излучение с одной длиной волны, которая и определяет его "цвет". У красного луча одна длина волны, у зеленого - другая.

Теперь возьмем оптоволоконную линию передачи данных. Принцип ее работы в том, что информация передается за счет изменения интенсивности светового луча, распространяющегося вдоль прозрачной стеклянной нити. Одну оптоволоконную нить можно одновременно использовать для передачи данных по сотням каналов, просто используя лучи света разной длины волны. Каждому каналу соответствует определенная длина волны лазера. Довольно похоже с передачей данных по радиоволнам, кроме одного: если мы увеличиваем мощность радиопередатчика, то увеличивается мощность сигнала и дальность его приема. Если же мы увеличиваем мощность лазера для передачи сигнала по оптоволокну, передача ухудшается - все большая часть сигнала начнет теряться из-за рассеяния Мандельштама-Бриллюэна. Поэтому существует пороговая мощность сигнала, превышать которую не имеет смысла, иначе переданный свет просто отразится обратно.

Что же сделали физики из университета Иллинойса? На тонкой оптоволоконной нити они закрепили маленькую стеклянную сферу. Такая конструкция называется кольцевым оптическим резонатором. Луч лазера из оптоволоконной нити попадает в резонатор и за счет многократного внутреннего отражения остается в нем, как в ловушке. Ключевым моментом в эксперименте стал второй лазерный луч, с частотой, отличающейся от первоначальной на определенную величину. Разница в частотах лазерных лучей соответствовала частоте акустических колебаний материала сферы. Это и сделало систему из оптоволокна и резонатора прозрачной для первого луча.

Что самое удивительное, такая система оказалась прозрачна для лучей только с одной стороны. Получилось подобие оптического турникета - свет проходит с одной стороны, и не может пройти с другой. Возникает такое интересное свойство из-за сложного взаимодействия двух световых лучей и акустических волн в материале - эффекте рассеяния Мандельштама-Бриллюэна. Только в данном случае, вместо того чтобы препятствовать прохождению луча по волокну, он, наоборот, обеспечил ему свободный коридор.

Открытие таких свойств позволит создавать миниатюрные оптические изоляторы и циркулярторы, которые нужны для оптоволоконных систем и в перспективе - для квантовых компьютеров. Сейчас действие этих устройств основано на магнитооптическом эффекте Фарадея, и для пропускания света только в одну сторону применяются магнитные поля и материалы. Избавиться от лишних магнитных полей как раз поможет сделанное открытие. Кроме того, его можно использовать для изменения групповой скорости светового луча - физики называют это "быстрым" и "медленным" светом, он нужен для хранения квантовой информации.

<< Назад: Измеритель вибрации на процессоре ARM 04.02.2015

>> Вперед: Процессор Cortex-A72 03.02.2015

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Безлинзовая ИК-система 02.10.2025

Инфракрасные технологии занимают особое место в науке и технике. Они позволяют заглянуть туда, где человеческий глаз бессилен, - в темноту, сквозь дымку или туман, на значительные расстояния. Однако развитие этой области сдерживают дорогие и капризные камеры, требующие охлаждения и сложного обслуживания. Китайские исследователи предложили неожиданный выход: создание безлинзовой системы, которая превращает невидимое инфракрасное излучение в четкие изображения с помощью оптики нового поколения. В основе этой разработки лежит древняя идея "изображения через отверстие", о которой еще в IV веке до нашей эры писал философ Мо-цзы. Современные ученые пошли дальше и вместо физической дырочки сформировали оптическое отверстие прямо в нелинейном кристалле, используя сверхкороткие лазерные импульсы. Такое решение позволяет преобразовывать инфракрасное излучение в видимый свет, который без труда фиксируется обычными кремниевыми сенсорами. Руководитель проекта профессор Хэпинг Цзэн подчеркивае ...>>

Жара вызывает агрессию 01.10.2025

Животный мир чутко реагирует на изменения температуры, и в последние годы ученые все чаще обращают внимание на то, как жара влияет не только на физиологию, но и на поведение живых существ. Рост глобальных температур способен не только изменять экосистемы, но и формировать новые социальные модели у животных. Одним из тревожных проявлений оказывается рост агрессивности, который наблюдается у самых разных видов. В лаборатории Университета Юга в Сьюани, штат Теннеси, экологи наблюдали за чернобрюхими саламандрами Desmognathus amphileucus. Эти небольшие амфибии, обитающие в ручьях Аппалачей, продемонстрировали ярко выраженное территориальное поведение: они пытались кусать соперников и заставлять их покидать занятую территорию. Интересно, что у близкородственных видов - саламандры Окои и тритона - подобных реакций не зафиксировали. Это подчеркивает избирательность явления и его связь с особенностями конкретных организмов. Сходные результаты были получены и в экспериментах с другими вид ...>>

Случайная новость из Архива Переключатель жидкого света 16.08.2016 Международный коллектив ученых создал миниатюрный электро-оптический переключатель, который меняет спин или угловой момент жидкой формы света под действием электрического поля полупроводникового устройства. Это шаг к еще большей миниатюризации электроники. Ученые из Кембриджского университета под руководством профессора Джереми Баумберга (Jeremy Baumberg) из Нанофотонного центра вместе с учеными из Мексики и Греции создали переключатель, который использует новое состояние материи под названием поляритоновый конденсат Бозе-Эйнштейна. Устройство смешивает электрический и оптический сигналы с минимальными затратами энергии. Поляритоновый конденсат Бозе-Эйнштейна образуется в результате захвата света между зеркалами с расстоянием в несколько миллионных метра друг от друга, позволяя ему реагировать с тонким пластинами полупроводника. Там создается смесь полусвета-полуматерии, называемая поляритоном. Сконцентрировав много поляритонов в одном месте, можно заставить их конденсироваться в виде свето-материального флюида, вращающегося либо по часовой стрелке, либо против. Прикладывая электрическое поле к этой системе, ученые смогли управлять спином конденсата и переключением между состояниями вверх и вниз. Флюид поляритона испускает свет, со спином по часовой или против часовой стрелки, который можно послать через оптоволокно, преобразуя таким образом электрические сигналы в оптические. Так можно передавать сигнал на очень высокой скорости с минимальными затратами энергии и разработать более миниатюрные устройства, считают авторы работы. Они создали прототип, который работает при криогенных температурах, и ищут другие материалы, которые могут работать при комнатной температуре. Тогда технологию можно коммерциализировать. Другой ключевой фактор для коммерциализции - массовое производство и масштабируемость. Для этого ученые ищут пути интеграции прототипа с существующей технологической базой.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025