科學家發現雷射可以阻擋光線並投射陰影
穿過藍色照明區域的黑線是綠色雷射光束投射的陰影。 (RA Abrahao、HPN Morin、JTR Pagé、A. Safari、RW Boyd、JS Lundeen)
陰影是照明宇宙中不透明牆壁的自然結果。
光芒閃耀;光子一直行進,直到撞到無法穿過的物體;這種堵塞會產生陰影,即光線被阻擋的一小片黑暗。
然而,物理學家剛剛發現了一些非常奇特的東西。穿過正確的透明材料的雷射可以迫使其周圍環境變得不透明,幾乎就像它投射了自己的影子一樣。
當兩束雷射以正確的方式交叉時,主光束無法穿過輔助光束,從而在照射到相反表面的光線中產生一條陰影線。
“我們展示了一種非常反直覺的光學效應,促使我們重新考慮我們的陰影概念。”物理學家 Raphael Abrahão 說美國布魯克海文國家實驗室。
除非在非常特殊的情況下,光子不會彼此相互作用,相交的波可以暢通無阻地穿過。
如果你穿過兩束光束,它們就會互相穿過,就好像什麼都沒有一樣——就像手電筒的一束光束穿過另一束光束一樣。
阿布拉昂和他的同事們想把研究一束光是否可以投射陰影幾乎作為副項目。他們一直在研究引入非線性材料時光束如何相互作用。這些材料與光的相互作用不會以線性方式縮放,從而產生放大、吸收、自聚焦和諧波(或頻率複製)等效應。
他們使用 3D 建模軟體為實驗產生簡單的原理圖。在這個軟體中,光束被表示為投射陰影的實心圓柱體,物理學家發現這很有趣......直到他們發現它很有趣。
“午餐時的一次有趣討論引發了關於激光物理學和材料非線性光學響應的對話,”阿布拉昂 說。 “從那時起,我們決定進行一項實驗來演示雷射光束的陰影。”
紅寶石是研究非線性光學的常用材料,因此研究人員使用紅寶石作為兩種雷射(一種藍色和一種綠色)的交匯點。
藍色雷射射向紅寶石的一側,穿過該一側並在螢幕上投射出冷光,而一束狹窄的綠色雷射則從另一側垂直穿過第一束。
每當綠光的細線落在紅寶石分子上的地方,就會發生複雜的電子上升和下降舞蹈。結果,波長稍短的藍光被躍遷電子所迷惑,其穿過半透明材料的路徑被阻擋。
因此,綠色雷射光束的行為就像一個物體,在藍光中產生一條黑線,落在紅寶石另一側的螢幕上。
這條黑線符合被歸類為陰影的所有標準。肉眼可見;符合投射螢幕的輪廓;當雷射光源移動時,它會隨著綠色雷射光束一起移動。
“這一發現擴展了我們對光與物質相互作用的理解,並為以我們以前從未考慮過的方式利用光開闢了新的可能性,”阿布拉昂 說。
「我們對陰影的理解與我們對光和光學的理解齊頭並進。這項新發現可能在各種應用中證明是有用的,例如光開關、光控制另一種光的存在的設備或需要精確的技術控制光傳輸,如高功率雷射。