Past na světlo

23. září 2009 | 06.00 |
› 

rezonanční nádobkaJak je možné skladovat světlo? No přece v ledničce, pokaždé, když ji otevřu, tak se tam svítí. To je samozřejmě vtip, ale reálně se tento dlouhý sen fyziků, jak skladovat světlo začíná naplňovat. Jako první vyrobili skutečně funkční past na světlo vědci z Univerzity Johannese Gutenberga v německé Mohuči. S realizací tohoto problému se vypořádali poměrně jednoduše. Jimi sestrojená světelná past je tvořena pouze jedním vhodně upraveným optickým vláknem.

Světlo je proud fotonů, které však mají jak částicovou tak vlnovou povahu. Tento vlnový charakter výrazně jejich chování ovlivňuje. Pokud bychom chtěli světlo lapit a uchovat v makroskopické světelné pasti, nabízí se je uchovat v duté, dokonale uvnitř postříbřené kulaté baňce, do které by bylo vpuštěno jedinou mikroskopickou dírkou. Pokud bychom měli k dispozici dokonalou zrcadlovou plochu, světlo by se pak uvnitř koule mohlo do nekonečna odrážet ze strany na stranu a zůstat v ní navěky. Takové dokonalé zrcadlo však neexistuje, běžná zrcadla vykazují při každém odrazu několikaprocentní ztrátu a při nekonečně početných nárazech fotonů na leklý povrch zrcadla, by se v okamžiku fotony do zrcadla pohltily.

V mikroskopickém měřítku však taková zařízení existují. Jedná se o  mikrorezonátory, ve kterých je možné světlo kontrolovaným způsobem zadržet, i když na velice krátkou dobu. Mikrorezonátory našly uplatnění například v laserových diodách. Jde o jakési mikroskopické boxy ohraničené reflexními stěnami. Světlo se mezi nimi neustále odráží a nemá jak uniknout ven. Jenže mikrorezonátory zachytí světlo jen na miliontiny sekundy,  nikdy nebyly konstruovány se záměrem podržet světlo na dlouhou dobu. V mikrorezonátorech se totiž významně uplatňují  efekty mikrosvěta. Dochází  v nich k interakcím mezi uchovávaným světlem a atomy okolní hmoty. A to ovlivňuje frekvenci světla, které můžeme v rezonátorech uchovávat.  U mikrorezonátorů, je frekvence a tedy i barva světla určena jejich rozměry, proto v praxi v daném mikrorezonátoru můžeme uschovat vždy jen světlo určité barvy.

Při konstrukci světelné pasti se tedy vědci museli vypořádat se dvěma zásadními problémy: jednak potřebovali co možná nejdokonalejší zrcadla (s největší odrazivostí a zároveň chemicky čistá) a jednak museli velice jemně vyladit frekvenci světla tak, aby odpovídala materiálu, z něhož zamýšleli past vyrobit.

Týmu profesora Arno Rauschenbeutela z mohučské univerzity se podařilo zmiňované problémy překonat sestrojením rezonanční nádobky, která má všechny vlastnosti, jež od světelné pasti očekáváme: dlouhý čas uchování, možnost udržet v sobě světlo prakticky jakékoli barvy (frekvence) a to vše v jediném malém kompaktním zařízení.

Vzali optické vlákno, ohřáli je a natáhli oba jeho konce tak, aby byly tenké asi jako polovina lidského vlasu. Pak  uprostřed vlákna vytvořili pomocí laseru výduť, přibližně ve tvaru ragbyového míče. Světlo se pak uvnitř odráží na povrchu vlákna a pohybuje se po spirále podél osy vlákna, nikdy z něj ale nebude moct uniknout, neboť průměr obou konců vlákna je menší než jeho vlnová délka. A tak v něm zůstane uvězněno jako v pasti.

Pokud je potřeba rezonanční nádobku nastavit na světlo jiné vlnové délky (a tedy frekvence), stačí jen oba konce optického vlákna příslušně natáhnout, nebo stlačit. Ostatní zařídí mechanické napětí ve vlákně, které způsobí požadovanou změnu indexu lomu

Možností využití rezonanční nádobky se nabízí bezpočet, od kvantových počítačů přes telekomunikace až po přenosné elektronické přístroje.

Podle Josefa Kučery

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 1 (1x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře

RE: Past na světlo stm 24. 09. 2009 - 09:01
RE: Past na světlo tom* 25. 11. 2009 - 18:10