ในกกระดาษใหม่ตีพิมพ์ในวันนี้ในวารสารออปติคัลนักฟิสิกส์อธิบายว่าลำแสงเลเซอร์สามารถสร้างเงาที่มีพฤติกรรมเหมือนกับเงาธรรมดาอื่นๆ ได้อย่างไร
ภาพถ่ายเงาของลำแสงเลเซอร์ ลำแสงเลเซอร์สีเขียวกำลังสูง (วัตถุ) เคลื่อนที่ผ่านลูกบาศก์ทับทิม และถูกส่องสว่างจากด้านข้างด้วยแสงสีน้ำเงิน: (A) ภาพถ่ายเงาที่ทอดโดยลำแสงเลเซอร์ของวัตถุบนแผ่นกระดาษสีขาว รูปภาพ ขยายประมาณสี่เท่าโดยใช้เลนส์ธรรมดา ความยาวลูกบาศก์ทับทิมประมาณ 1.2 ซม. และภาพขยายประมาณ 4.8 ซม. ด้วยเหตุนี้ ไม่ว่าจะขยายหรือไม่ก็ตาม มันจึงแสดงให้เห็นสิ่งที่สามารถเห็นได้ด้วยตนเอง (ข) ภาพถ่ายแสดงบริเวณโดยรอบเพื่อใช้อ้างอิงมาตราส่วน เครื่องหมายพลาสติกสีขาว (เช่น ปากกาปลายกว้าง) วางอยู่ในเส้นทางของเงา ระหว่างลำแสงวัตถุกับกระดาษ และกล้องจะจับโฟกัสไปที่ (C) กระดาษหรือ (D) เครื่องหมาย ดังนั้นจึงแสดง ว่าเงาจะทอดยาวไปตามรูปทรงของพื้นผิวที่เงาตกกระทบ ภาพทั้งหมดถ่ายด้วยกล้องดิจิตอลสำหรับผู้บริโภคทั่วไปในห้องมืด เครดิตภาพ: Abrahaoและคณะ. สอง: 10.1364/optica.534596
“ก่อนหน้านี้คิดว่าแสงเลเซอร์ที่ทำให้เกิดเงานั้นเป็นไปไม่ได้ เนื่องจากแสงมักจะผ่านแสงอื่นโดยไม่มีการโต้ตอบ” ดร. ราฟาเอล อับราฮาว นักวิจัยจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติบรูกฮาเวน กล่าว
“การสาธิตเอฟเฟกต์แสงที่ขัดกับสัญชาตญาณของเราเชิญชวนให้เราพิจารณาแนวคิดเรื่องเงาอีกครั้ง”
เพื่อแสดงให้เห็นว่าลำแสงเลเซอร์สามารถปิดกั้นแสงและสร้างเงาที่มองเห็นได้เนื่องจากกระบวนการทางแสงที่ไม่เป็นเชิงเส้น ดร. อับราฮาวและเพื่อนร่วมงานจึงใช้คริสตัลทับทิมและความยาวคลื่นเลเซอร์จำเพาะ
ผลกระทบนี้เกิดขึ้นเมื่อแสงมีปฏิกิริยากับวัสดุในลักษณะที่ขึ้นกับความเข้ม และอาจส่งผลต่อสนามแสงอื่นได้
“ความเข้าใจเรื่องเงาของเราได้พัฒนาไปพร้อมๆ กับความเข้าใจเรื่องแสงและทัศนศาสตร์” ดร.อับราฮาวกล่าว
“การค้นพบใหม่นี้สามารถพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์ในการใช้งานต่างๆ เช่น การสลับแสง อุปกรณ์ที่แสงควบคุมการมีอยู่ของแสงอื่น หรือเทคโนโลยีที่ต้องการการควบคุมการส่งผ่านแสงอย่างแม่นยำ เช่น เลเซอร์กำลังสูง”
ในการทดลอง นักวิจัยได้ควบคุมเลเซอร์สีเขียวกำลังสูงผ่านลูกบาศก์ที่ทำจากคริสตัลทับทิมมาตรฐาน และส่องสว่างด้วยเลเซอร์สีน้ำเงินจากด้านข้าง
เมื่อเลเซอร์สีเขียวเข้าไปในทับทิม การตอบสนองของวัสดุต่อความยาวคลื่นสีน้ำเงินจะเปลี่ยนเฉพาะที่
เลเซอร์สีเขียวทำหน้าที่เหมือนวัตถุธรรมดา ในขณะที่เลเซอร์สีน้ำเงินทำหน้าที่เหมือนการส่องสว่าง
ปฏิสัมพันธ์ระหว่างแหล่งกำเนิดแสงทั้งสองทำให้เกิดเงาบนหน้าจอที่มองเห็นได้เป็นพื้นที่มืดโดยที่เลเซอร์สีเขียวบังแสงสีน้ำเงิน
เป็นไปตามเกณฑ์ทั้งหมดของเงาเนื่องจากมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า ตามรูปทรงของพื้นผิวที่ตกกระทบ และตามตำแหน่งและรูปร่างของลำแสงเลเซอร์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นวัตถุ
เอฟเฟกต์แสงเลเซอร์เป็นผลมาจากการดูดกลืนแสงแบบไม่เป็นเชิงเส้นในทับทิม
เอฟเฟกต์นี้เกิดขึ้นเนื่องจากเลเซอร์สีเขียวเพิ่มการดูดกลืนแสงของลำแสงเลเซอร์ส่องสว่างสีน้ำเงิน ทำให้เกิดบริเวณที่เข้ากันในแสงส่องสว่างที่มีความเข้มของแสงลดลง
ผลลัพธ์ที่ได้คือบริเวณที่มืดกว่าซึ่งปรากฏเป็นเงาของลำแสงเลเซอร์สีเขียว
“การค้นพบนี้ขยายความเข้าใจของเราเกี่ยวกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างสสารแสง และเปิดโอกาสใหม่ๆ ในการใช้แสงในแบบที่เราไม่เคยพิจารณามาก่อน” ดร. อับราเฮากล่าว
นักวิจัยทำการทดลองวัดการขึ้นต่อกันของคอนทราสต์ของเงากับกำลังของลำแสงเลเซอร์ โดยค้นหาคอนทราสต์สูงสุดประมาณ 22% ซึ่งคล้ายกับคอนทราสต์ของเงาต้นไม้ในวันที่แดดจ้า
พวกเขายังได้พัฒนาแบบจำลองทางทฤษฎีและแสดงให้เห็นว่าสามารถทำนายความแตกต่างของเงาได้อย่างแม่นยำ
“จากมุมมองทางเทคโนโลยี ผลที่เราแสดงให้เห็นแสดงให้เห็นว่าความเข้มของลำแสงเลเซอร์ที่ส่งผ่านสามารถควบคุมได้โดยใช้เลเซอร์อีกตัวหนึ่ง” นักวิทยาศาสตร์กล่าว
“ต่อไป เราวางแผนที่จะตรวจสอบวัสดุอื่นๆ และความยาวคลื่นเลเซอร์อื่นๆ ที่สามารถสร้างผลกระทบที่คล้ายคลึงกัน”
-
ราฟาเอล เอ. อับราฮาวและคณะ- 2024. เงาของลำแสงเลเซอร์ออปติคัล11(11): 1549-1555; สอง: 10.1364/optica.534596
