Сдвинутый свет

Группа ученых из Массачусетского технологического института предложила новый способ управления цветом светового луча (частотой электромагнитного излучения).

Группа ученых из Массачусетского технологического института предложила новый способ управления цветом светового луча (частотой электромагнитного излучения). Эта разработка, если ее удастся реализовать на практике, способна радикально изменить многие области науки и техники: от солнечной энергетики и астрономии до оптических телекоммуникаций.

Сегодня не существует практичных способов заметного изменения частоты света. Это возможно либо с помощью эффекта Доплера, но для этого нужно двигаться с очень высокой скоростью, либо с помощью рассеивания света на другом мегаваттном световом пучке, но это крайне дорого. А управлять частотой света было бы очень заманчиво, например, чтобы сузить солнечный спектр до диапазона наибольшей эффективности солнечных батарей.

Новая технология предлагает использовать уникальные свойства фотонных кристаллов — прозрачных материалов с регулярными включениями вещества, имеющего другой коэффициент преломления (размеры включений должны быть порядка длины световой волны). Такая периодическая структура, взаимодействуя с электромагнитными волнами света, может играть для них роль фильтра, пропуская свет лишь строго определенных длин волн.

Если фотонный кристалл сжать, то область его прозрачности можно сдвинуть по частоте. На этом эффекте и предложили сыграть ученые. Если по подходящему фотонному кристаллу одновременно со светом пропустить ударные волны, которые резко сожмут кристалл, то такие волны способны «захватить» свет, который начнет многократно переотражаться от границ сжатого и несжатого кристалла. Каждое переотражение будет чуть сдвигать частоту света из-за эффекта Доплера. Если свет движется навстречу ударной волне, то его частота повысится, а если от нее, то понизится. Но после десятка тысяч переотражений, которые займут всего одну наносекунду, сдвиги сложатся, и свет может заметно изменить цвет, например с красного на голубой.

Аналогичный трюк можно проделать не с ударными, а с обычными звуковыми волнами, что уже гораздо ближе к практическим применениям. Например, такое устройство, в принципе, способно вновь собрать «расплывшийся» по частоте за многокилометровый путь по оптическому волокну световой импульс.

Пока трудно сказать, насколько практичной окажется новая технология. При каждом отражении неизбежны небольшие потери, способные свести на нет весь эффект. Так что исследователи планируют сначала проверить теорию экспериментом в Ливерморской национальной лаборатории США.