Блог

Nov 16, 2023

Ученые направили чертовы лазерные лучи, чтобы создать это детальное изображение кошки

Дженнифер Уэллетт - 15 августа 2022 г., 20:41 UTC Это знает каждый владелец кошки.

Дженнифер Уэллетт - 15 августа 2022 г., 20:41 UTC

Каждый владелец кошки знает, как его кошачьи любимцы с удовольствием гоняются за крошечной точкой света простой лазерной указкой. Теперь бразильские физики придумали, как улавливать и преломлять лазерный свет в замысловатые формы, создавая впечатляющее фотореалистичное изображение кошки, изображенное выше. Среди других потенциальных применений их метод, описанный в недавней статье, опубликованной в журнале Physics arXiv, может оказаться полезным для создания более совершенных оптических ловушек для создания облаков ультрахолодных атомов для различных квантовых экспериментов.

По мнению соавторов Педро Силвы и Серджио Муниса из Университета Сан-Паулу, способность создавать 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 акусто-оптические модуляторы (AOM), которые просты в реализации и имеют быстрый отклик 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 появлению пятен, дифракции и другим искажениям.

Ко второй группе относятся голография и различные методы фазового управления, позволяющие создавать фазово-структурированные световые и векторные пучки. Компромисс — более медленная скорость управления и отсутствие обратной связи в реальном времени. Сильва и Мунис хотели разработать подход с фазовым управлением, который реализовал бы некоторые желательные функции DMD и AOM, в частности попиксельное отображение, простое кодирование световых паттернов, более быструю обратную связь и более точное управление.

По сути, они усовершенствовали более ранний метод, предложенный в 2007 году, чтобы получить более четкие и плавные результаты. Они поляризовали диодный лазер так, чтобы он соответствовал ориентации жидкого кристалла и служил пространственным модулятором света. Они смогли организовать кристаллы с помощью электромагнитных полей, чтобы создать серию призм. Программирование модулятора позволило Сильве и Мунису использовать эти призмы для создания нескольких произвольных геометрических фигур и полностью детализированного изображения кошки.

«Мы показываем экспериментальные результаты, демонстрирующие, что с помощью описанного метода можно создавать не только простые и плоские геометрические формы, но и сложные и многофункциональные изображения с детальным распределением интенсивности», — пишут авторы. И их метод может быть применен для формирования лучей мощных импульсных лазеров или даже сверхбыстрых лазеров.

Полезные применения включают оптическое формирование рисунков и литографию, а также оптический захват 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 эти узлы распадаются или «развязываются» сами собой довольно скоро после образования, прежде чем превратиться в вихрь.

Но это хрупкие квантовые системы, и обращаться с ними следует осторожно. Поэтому оптическая ловушка должна быть очень гладкой и точной, поскольку любые дефекты выбьют 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, показывающий, что вы можете создавать очень тонкие и точные функции», — Мунис рассказал New Scientist. «Мы можем создавать красивые изображения кошек, но мы также можем использовать эту систему для квантового моделирования электронов и сверхпроводимости [с использованием захваченных ультрахолодных атомов]».

DOI: arXiv, 2022. 10.48550/arXiv.2204.09724 (О DOI).

Изображение объявления: PF Silva и SR Muniz, 2022 г.