ב-אנייר חדשפורסם היום בכתב העתאוֹפּטִי, מתארים פיזיקאים כיצד ניתן לגרום לקרן לייזר להטיל צל שמתנהג כמו כל צל רגיל אחר.
תמונות צילומיות של צל של קרן לייזר; קרן לייזר ירוקה בעוצמה גבוהה (האובייקט), העוברת דרך קוביית אודם, מוארת מהצד באור כחול: (א) צילום של הצל שמטילה קרן הלייזר של האובייקט על פיסת נייר לבן, תמונה מוגדל בערך בגורם ארבע באמצעות עדשה פשוטה; אורך קוביית האודם הוא כ-1.2 ס"מ, והתמונה המוגדלת היא כ-4.8 ס"מ; לפיכך, ללא קשר להגדלה או לא, היא מציגה את מה שניתן לראות באופן אישי; (ב) תמונה מצלמת המציגה את הסביבה לצורך התייחסות לקנה מידה; סמן פלסטי לבן (כלומר עט קצה רחב) ממוקם בנתיב הצל, בין אלומת האובייקט לנייר, ומיקוד המצלמה מקובע על (C) הנייר או (D) הסמן, ובכך מראה שהצל עוקב אחר קווי המתאר של פני השטח שעליו הצל נופל. כל התמונות צולמו במצלמה דיגיטלית רגילה בחדר חשוך. קרדיט תמונה: אברהאוet al., שניים: 10.1364/optica.534596.
"אור לייזר שמטיל צל נחשב בעבר כבלתי אפשרי מכיוון שאור בדרך כלל עובר דרך אור אחר מבלי לקיים אינטראקציה", אמר ד"ר רפאל אברהאו, חוקר במעבדה הלאומית ברוקהייבן.
"ההדגמה שלנו של אפקט אופטי מאוד נוגד את האינטואיציה מזמינה אותנו לשקול מחדש את רעיון הצל שלנו."
כדי להראות שקרן לייזר יכולה לחסום אור וליצור צל נראה לעין עקב תהליך אופטי לא ליניארי, ד"ר אברהאו ועמיתיו השתמשו בגביש אודם ובאורכי גל לייזר ספציפיים.
השפעה זו מתרחשת כאשר אור יוצר אינטראקציה עם חומר באופן תלוי עוצמה ויכול להשפיע על שדה אופטי אחר.
"ההבנה שלנו לגבי צללים התפתחה יד ביד עם ההבנה שלנו באור ואופטיקה", אמר ד"ר אברהאו.
"ממצא חדש זה עשוי להיות שימושי ביישומים שונים כמו מיתוג אופטי, מכשירים שבהם האור שולט בנוכחות אור אחר, או טכנולוגיות הדורשות שליטה מדויקת בהעברת האור, כמו לייזרים בעלי הספק גבוה."
בניסויים שלהם, החוקרים כיוונו לייזר ירוק בעוצמה גבוהה דרך קובייה עשויה גביש אודם סטנדרטי והאירו אותה בלייזר כחול מהצד.
כאשר הלייזר הירוק נכנס לאודם, הוא משנה באופן מקומי את תגובת החומר לאורך הגל הכחול.
הלייזר הירוק פועל כמו עצם רגיל בעוד הלייזר הכחול פועל כמו תאורה.
האינטראקציה בין שני מקורות האור יצרה צל על מסך שנראה כאזור חשוך שבו הלייזר הירוק חסם את האור הכחול.
הוא ענה על כל הקריטריונים לצל מכיוון שהוא היה גלוי לעין בלתי מזוינת, עקב אחר קווי המתאר של המשטח שעליו הוא נפל ועקב אחר המיקום והצורה של קרן הלייזר, שפעלה כאובייקט.
אפקט צל הלייזר הוא תוצאה של ספיגה לא ליניארית אופטית באודם.
האפקט מתרחש מכיוון שהלייזר הירוק מגביר את הקליטה האופטית של קרן הלייזר המאירה הכחולה, ויוצר אזור תואם באור המאיר בעוצמה אופטית נמוכה יותר.
התוצאה היא אזור כהה יותר המופיע כצל של קרן הלייזר הירוקה.
"תגלית זו מרחיבה את ההבנה שלנו לגבי אינטראקציות בין אור לחומר ופותחת אפשרויות חדשות לניצול אור בדרכים שלא שקלנו קודם לכן", אמר ד"ר אברהאו.
החוקרים מדדו בניסוי את התלות של הניגודיות של הצל בעוצמת קרן הלייזר, ומצאו ניגודיות מקסימלית של כ-22%, בדומה לניגודיות של צל של עץ ביום שמש.
הם גם פיתחו מודל תיאורטי והראו שהוא יכול לחזות במדויק את ניגודיות הצל.
"מנקודת מבט טכנולוגית, האפקט שהדגמנו מראה שניתן לשלוט בעוצמתה של קרן לייזר משודרת על ידי הפעלת לייזר אחר", אמרו המדענים.
"לאחר מכן, אנו מתכננים לחקור חומרים אחרים ואורכי גל לייזר אחרים שיכולים לייצר אפקטים דומים."
_____
רפאל א אברהאוet al. 2024. צל של קרן לייזר.אוֹפּטִייא (יא): 1549-1555; שניים: 10.1364/optica.534596
