Лазерный луч может отбрасывать тень, выяснили учёные

Несовершенство 3D-симулятора нелинейно-оптических явлений в материалах, который в программе создавал тень от цифрового образа лазерного луча, заставило учёных задуматься об эксперименте, который позволил бы настоящему лазерному лучу отбрасывать тень. В обычных условиях такого никогда не происходит — светящиеся объекты и явления не создают теней. Но уникальный эксперимент сделал невозможное, и лазерный луч впервые обзавёлся собственной тенью.

Тень на стенке рубина от зелёного лазера. Источник изображения: Raphael A. Abrahao

Научная работа об открытии принята для публикации в рецензируемом журнале Optica. Эксперимент поставили учёные из Брукхейвенской национальной лаборатории США (Brookhaven National Laboratory, BNL). Опыт стал частью более широкого проекта по изучению нелинейно-оптических свойств материалов.

«Лазерный луч, отбрасывающий тень, ранее считался невозможным, поскольку свет обычно проходит сквозь другой источник света, не взаимодействуя, — сказал руководитель исследовательской группы Рафаэль А. Абрахао (Raphael A. Abrahao). — Наша демонстрация весьма нелогичного оптического эффекта побуждает нас пересмотреть наше представление о тени».

Тень от лазера на экране

Для постановки эксперимента учёные посветили лучом зелёного лазера на одну сторону куба из рубина (популярного для экспериментов с лазером материала). На другую сторону куба перпендикулярно зелёному лучу направили свет интенсивного синего лазера. После этого на противоположной от освещённой синим лазером стороне рубинового куба возникла тень от зелёного лазера. Это была самая настоящая тень: она скользила по экрану вслед за перемещением зелёного луча, повторяя все изгибы экрана.

Схема экспериментальной установки

Как пояснили учёные, зелёный лазер изменял локальные свойства рубина, увеличивая поглощение синего лазера в таких областях (возбуждал в атомах рубина электроны, которые «мешались под ногами» у синего лазера с более короткой длиной волны).

«Наше понимание теней развивалось рука об руку с нашим пониманием света и оптики, — поясняет Абрахао. — Это новое открытие может оказаться полезным в различных приложениях, таких как оптическая коммутация, устройства, в которых свет контролирует присутствие другого источника света, или технологии, требующие точного контроля светопропускания, связанного с мощными лазерами».