科学家发现激光可以阻挡光线并投射阴影
穿过蓝色照明区域的黑线是绿色激光束投射的阴影。 (RA Abrahao、HPN Morin、JTR Pagé、A. Safari、RW Boyd、JS Lundeen)
阴影是照明宇宙中不透明墙壁的自然结果。
光芒闪耀;光子一直行进,直到撞到无法穿过的物体为止;这种堵塞会产生阴影,即光线被阻挡的一小片黑暗。
然而,物理学家刚刚发现了一些非常奇特的东西。穿过正确的透明材料的激光可以迫使其周围环境变得不透明,几乎就像它投射了自己的影子一样。
当两束激光以正确的方式交叉时,主光束无法穿过辅助光束,从而在照射到相反表面的光线中产生一条阴影线。
“我们展示了一种非常反直觉的光学效应,促使我们重新考虑我们的阴影概念。”物理学家 Raphael Abrahão 说美国布鲁克海文国家实验室。
除非在非常特殊的情况下,光子不会彼此相互作用,相交的波可以畅通无阻地穿过。
如果你穿过两束光束,它们就会互相穿过,就好像什么都没有一样——就像手电筒的一束光束穿过另一束光束一样。
阿布拉昂和他的同事们想把研究一束光是否可以投射阴影几乎作为一个副项目。他们一直在研究引入非线性材料时光束如何相互作用。这些材料与光的相互作用不会以线性方式缩放,从而产生放大、吸收、自聚焦和谐波(或频率复制)等效应。
他们使用 3D 建模软件为实验生成简单的原理图。在这个软件中,光束被表示为投射阴影的实心圆柱体,物理学家发现这很有趣......直到他们发现它很有趣。
“午餐时的一次有趣讨论引发了关于激光物理学和材料非线性光学响应的对话,”阿布拉昂 说。 “从那时起,我们决定进行一项实验来演示激光束的阴影。”
红宝石是研究非线性光学的常用材料,因此研究人员使用红宝石作为两种激光器(一种蓝色和一种绿色)的交汇点。
蓝色激光射向红宝石的一侧,穿过该一侧并在屏幕上投射出冷光,而一束狭窄的绿色激光从另一侧垂直穿过第一束。
每当绿光的细线落在红宝石分子上的地方,就会发生复杂的电子上升和下降舞蹈。结果,波长稍短的蓝光被跃迁电子所迷惑,其穿过半透明材料的路径被阻挡。
因此,绿色激光束的行为就像一个物体,在蓝光中产生一条黑线,落在红宝石另一侧的屏幕上。
这条黑线符合被归类为阴影的所有标准。肉眼可见;符合投射屏幕的轮廓;当激光源移动时,它会随着绿色激光束一起移动。
“这一发现扩展了我们对光与物质相互作用的理解,并为以我们以前从未考虑过的方式利用光开辟了新的可能性,”阿布拉昂 说。
“我们对阴影的理解与我们对光和光学的理解齐头并进。这一新发现可能在各种应用中证明是有用的,例如光开关、光控制另一种光的存在的设备或需要精确的技术控制光传输,如高功率激光器。”