Тень лазерного луча

Классическая линейная оптика успешно объясняет привычные нам световые явления. В обычной ситуации луч света проходит сквозь другой, никак не взаимодействуя с ним. Именно поэтому один луч, например лазерный, не может создать тень от первого. Однако при определенных условиях лазерный луч может стать для другого непрозрачным объектом и отбрасывать тень. Недавно группа исследователей из Брукхейвенской национальной лаборатории под руководством Рафаэля А. Абрахао (Raphael A. Abrahao) показала, как это может быть.

Для опытов физики взяли кубик из кристалла рубина, представляющий собой оптически нелинейную среду. Экспериментаторы пропустили через него луч мощного зеленого лазера, а с перпендикулярного направления осветили кубик рассеянным излучением синего лазера. Пройдя его насквозь, оно попадало на установленный сбоку непрозрачный экран. В результате при интенсивности зеленого лазера выше некоторой пороговой величины заметная тень луча появлялась на экране.

Эффект возникал из-за нелинейно-оптического действия зеленого излучения на рубин, которое увеличивало поглощение в нем синего света. К эффекту приводило нелинейное рассеяние света в кристалле рубина с четырьмя энергетическими уровнями. Образовавшаяся темная тень от зеленого лазерного луча выглядела вполне обычно и была хорошо видна невооруженным глазом. При перемещении и изменении ширины зеленого луча тень следовала за его положением и формой.

Исследователи измерили контраст тени в зависимости от мощности зеленого лазера. Максимально достижимый контраст составил около 22%. Столь же контрастна, к примеру, тень от дерева в солнечный день. Физики также построили теоретическую модель явления, которая точно предсказывала величину контраста в разных условиях эксперимента.

Обнаруженный эффект окажется полезным в различных оптоэлектронных устройствах, где один лазерный луч управляет другим, например в оптических переключателях. Сейчас ученые исследуют другие материалы и другие диапазоны световых волн лазеров, которые могут давать эффекты, подобные обнаруженному (Optica).