Фотоник талстууд нь гэрлийн долгионы давтамжийг өөрчлөх боломжийг танд олгоно. Гэрлийн долгион Гэрлийн долгионы давтамж хэрхэн өөрчлөгддөг
Орчин үед шинжлэх ухааны сэтгүүлүүд"Гайхамшигт нээлт", "гайхамшигт физик үзэгдлийн" тухай унших нь ховор боловч Массачусетсийн Технологийн Их Сургуульд явуулсан гэрлийн долгион дээр хийсэн туршилтын үр дүнг ийм нэр томъёогоор дүрсэлсэн байдаг.
Хамгийн гол нь үнэн хэрэгтээ энэ бол: фотоник талстуудын салбарын анхдагчдын нэг Жон Жоаннопулос цочролын долгионд өртөх үед ийм талстуудын маш хачирхалтай шинж чанарыг олж илрүүлсэн.
Эдгээр шинж чанаруудын ачаар эдгээр талстуудаар дамждаг гэрлийн туяагаар та юу ч хийж болно - жишээлбэл, гэрлийн долгионы давтамжийг (өөрөөр хэлбэл өнгө) өөрчлөх боломжтой. Үйл явцыг хянах чадвар нь 100% дөхөж байгаа бөгөөд энэ нь үнэндээ эрдэмтдийг хамгийн их гайхшруулдаг.
Тэгэхээр фотоник талстууд гэж юу вэ?
Энэ бол тийм ч амжилттай биш, гэхдээ Photonic Crystals нэр томъёоны нэлээд түгээмэл орчуулга юм. Энэ нэр томъёог 1980-аад оны сүүлээр хагас дамжуулагчийн оптик аналог гэж хэлэх зорилгоор нэвтрүүлсэн.
Профессор Жон Иоаннопулос.
Эдгээр нь тунгалаг диэлектрикээр хийсэн хиймэл талстууд бөгөөд тэдгээрт агаарын "нүх" нь эмх цэгцтэй үүсдэг бөгөөд ингэснээр ийм болороор дамжин өнгөрөх гэрлийн туяа нь өндөр тусгалын коэффициенттэй орчинд, дараа нь бага байдаг.
Үүнээс үүдэн болор дахь фотон нь хагас дамжуулагч дахь электронтой ойролцоогоор ижил нөхцөлд байх ба үүний дагуу "зөвшөөрөгдсөн" ба "хориотой" фотоник зурвасууд "(Фотоник хамтлагийн завсар)" үүсдэг бөгөөд ингэснээр болор блокууд үүсдэг. Хориотой фотоны бүсэд тохирох долгионы урттай гэрэл бусад долгионы урттай гэрэл саадгүй тархдаг.
Анхны фотоник болорыг 1990-ээд оны эхээр Bell Labs-ийн ажилтан Эли Яблонович одоо Калифорнийн их сургуульд бүтээжээ. Иоаннопулосын туршилтуудын талаар олж мэдээд тэрээр гэрлийн долгионыг хянах түвшинг "цочирхолтой" гэж нэрлэв.
Иоаннопулосын баг компьютерийн симуляцийн тусламжтайгаар болор дээр цочролын долгион хэрэглэхэд хүчтэй болохыг олж мэдэв. физик шинж чанарэрс өөрчлөгдөх. Жишээлбэл, улаан гэрлийг дамжуулж, ногоон гэрлийг тусгасан болор гэнэт ногоон гэрэлд тунгалаг болж, спектрийн улаан хэсэгт нэвтрэх боломжгүй болдог.
Цочролын долгион бүхий жижиг заль мэх нь болор доторх гэрлийг бүрэн "зогсоох" боломжтой болсон: гэрлийн долгион нь болорын "шахсан" ба "шахаагүй" хэсгүүдийн хооронд "цохиж" эхэлсэн - өрөөний нэг төрлийн толин тусгал эффектийг олж авсан. .
Цочролын долгион дамжин өнгөрөх үед фотоник талст дахь үйл явцын схем.
Цочролын долгион нь болороор дамжин өнгөрөхөд гэрлийн долгион нь цохилтын импульсийг цохих бүрт Доплер шилжилтийг хийдэг.
Хэрэв цохилтын долгион нь гэрлийн долгионы эсрэг чиглэлд хөдөлдөг бол мөргөлдөх бүрт гэрлийн давтамж нэмэгддэг.
Хэрэв цочролын долгион нь гэрэлтэй ижил чиглэлд тархвал түүний давтамж буурдаг.
Ойролцоогоор 0.1 наносекундэд тохиолдох 10,000 тусгалын дараа гэрлийн импульсийн давтамж маш их өөрчлөгддөг тул улаан гэрэл цэнхэр болж хувирдаг. Давтамж нь спектрийн харагдахуйц хэсгээс хэт ягаан туяаны эсвэл хэт ягаан туяаны бүсэд хүрч болно.
Кристалын бүтцийг өөрчилснөөр аль давтамж нь болор руу орж, аль нь гарахыг бүрэн хянах боломжтой.
Гэхдээ Иоаннопулос болон түүний хамтрагчид дөнгөж практик туршилтуудыг эхлүүлэх гэж байна - учир нь аль хэдийн дурьдсанчлан тэдний үр дүн нь компьютерийн загварчлалд үндэслэсэн болно.
Иоаннопулос болон түүний хамтран ажиллагсдын хийсэн компьютерийн симуляцийн видео дарааллаас авсан зураг.
Одоогийн байдлаар Лоуренс Ливерморын үндэсний лабораторитой "жинхэнэ" туршилтуудын талаар хэлэлцээр хийгдэж байна: эхлээд талстуудыг сумаар, дараа нь болоруудад хор хөнөөл багатай дууны импульсээр буудах болно.
17-р зууны төгсгөлд гэрлийн мөн чанарын талаар шинжлэх ухааны хоёр таамаглал гарч ирэв. корпускулярТэгээд давалгаа, долгио.
Корпускулярын онолын дагуу гэрэл нь гэрлийн жижиг хэсгүүдийн (корпускул) урсгал юм. их хурд. Ньютон гэрлийн биетүүдийн хөдөлгөөн нь механикийн хуулиудад захирагддаг гэж үздэг. Тиймээс гэрлийн тусгалыг онгоцноос уян харимхай бөмбөлгийн тусгалтай адилаар ойлгосон. Гэрлийн хугарлыг нэг орчноос нөгөөд шилжих явцад бөөмсийн хурд өөрчлөгдсөнөөр тайлбарлав.
Долгионы онол нь гэрлийг механик долгионтой төстэй долгионы процесс гэж үздэг.
дагуу орчин үеийн санаанууд, гэрэл нь хоёрдмол шинж чанартай, өөрөөр хэлбэл. Энэ нь корпускуляр болон долгионы шинж чанараараа нэгэн зэрэг тодорхойлогддог. Интерференц, дифракц зэрэг үзэгдлүүдэд гэрлийн долгионы шинж чанар, фотоэлектрик эффектийн үзэгдэлд корпускуляр шинж чанарууд гарч ирдэг.
Цахилгаан соронзон долгион шиг гэрэл
Оптик дахь гэрлийг гэж ойлгодог цахилгаан соронзон долгионнэлээд нарийн хүрээ. Ихэнхдээ гэрлийг зөвхөн харагдахуйц гэрэл төдийгүй түүний зэргэлдээх спектрийн өргөн хэсгүүд гэж ойлгодог. Түүхэнд "үл үзэгдэх гэрэл" гэсэн нэр томъёо гарч ирсэн - хэт ягаан туяа, хэт улаан туяа, радио долгион. Үзэгдэх гэрлийн долгионы урт нь 380-аас 760 нанометрийн хооронд хэлбэлздэг.
Гэрлийн шинж чанаруудын нэг нь гэрлийн шинж чанар юм өнгө, энэ нь гэрлийн долгионы давтамжаар тодорхойлогддог. Цагаан гэрэл нь янз бүрийн давтамжийн долгионы холимог юм. Энэ нь өнгөт долгион болгон задарч болох бөгөөд тус бүр нь тодорхойлогддог тодорхой давтамж. Ийм долгионыг нэрлэдэг монохромат.
гэрлийн хурд
Хамгийн сүүлийн үеийн хэмжилтээс харахад вакуум дахь гэрлийн хурд
Төрөл бүрийн тунгалаг бодис дахь гэрлийн хурдыг хэмжихэд энэ нь вакуум дахь гэрлийн хурдаас үргэлж бага байдаг болохыг харуулсан. Жишээлбэл, усанд гэрлийн хурд 4/3 дахин буурдаг.
Гэрлийн долгион нь спектрийн хэт улаан туяаны, үзэгдэх ба хэт ягаан туяаны хэсгүүдийг багтаасан цахилгаан соронзон долгион юм. Үзэгдэх спектрийн үндсэн өнгөт тохирох вакуум дахь гэрлийн долгионы уртыг доорх хүснэгтэд үзүүлэв. Долгионы уртыг нанометрээр, .
Хүснэгт
Гэрлийн долгион нь цахилгаан соронзон долгионтой ижил шинж чанартай байдаг.
1. Гэрлийн долгион нь хөндлөн байдаг.
2. Гэрлийн долгион дахь вектор ба хэлбэлзэл.
Туршлагаас харахад бүх төрлийн нөлөөлөл (физиологийн, фотохимийн, фотоэлектрик гэх мэт) цахилгаан векторын хэлбэлзлээс үүсдэг. Түүнийг дууддаг гэрлийн вектор . Гэрлийн долгионы тэгшитгэл нь мэдлэгтэй хэлбэртэй байдаг
Гэрлийн векторын далайц Э m-ийг ихэвчлэн үсгээр тэмдэглэдэг Аба (3.30) тэгшитгэлийн оронд (3.24) тэгшитгэлийг ашиглана.
3. Вакуум дахь гэрлийн хурд 
.
Дундаж дахь гэрлийн долгионы хурдыг (3.29) томъёогоор тодорхойлно. Гэхдээ ил тод хэвлэл мэдээллийн хэрэгслийн хувьд (шил, ус), ихэвчлэн, тиймээс.
Гэрлийн долгионы хувьд үнэмлэхүй хугарлын индекс гэсэн ойлголтыг нэвтрүүлсэн.
Үнэмлэхүй хугарлын илтгэгчнь вакуум дахь гэрлийн хурдыг тухайн орчин дахь гэрлийн хурдтай харьцуулсан харьцаа юм
(3.29)-аас ил тод мэдээллийн хэрэгслийн хувьд тэгш байдлыг бичиж болно.
Вакуумын хувьд ε = 1 ба n= 1. Аливаа физик орчны хувьд n> 1. Жишээлбэл, усны хувьд n= 1.33, шилний хувьд. Өндөр хугарлын илтгэгчтэй орчинг оптик нягтралтай гэж нэрлэдэг. Үнэмлэхүй хугарлын индексийн харьцааг нэрлэдэг харьцангуй хугарлын илтгэгч:
4. Гэрлийн долгионы давтамж маш өндөр. Жишээлбэл, долгионы урттай улаан гэрлийн хувьд 
.
Гэрэл нэг орчноос нөгөөд шилжихэд гэрлийн давтамж өөрчлөгдөхгүй, харин хурд, долгионы урт өөрчлөгддөг.
Вакуумын хувьд -; байгаль орчны хувьд - , дараа нь
.
Тиймээс орчин дахь гэрлийн долгионы урт нь вакуум дахь гэрлийн долгионы уртыг хугарлын илтгэгчтэй харьцуулсан харьцаатай тэнцүү байна.
5. Учир нь гэрлийн долгионы давтамж маш өндөр байдаг 
, дараа нь ажиглагчийн нүд хувь хүний хэлбэлзлийг ялгадаггүй, харин дундаж энергийн урсгалыг хүлээн авдаг. Ийнхүү эрч хүч гэсэн ойлголт гарч ирдэг.
эрчимхарьцаа гэж нэрлэдэг дунд зэргийн эрчим хүч, долгионоор дамжуулж, цаг хугацааны интервал болон долгионы тархалтын чиглэлд перпендикуляр талбайн талбайд:
Долгионы энерги нь далайцын квадраттай пропорциональ байдаг тул (3.25 томъёог үзнэ үү) эрч хүч нь далайцын квадратын дундаж утгатай пропорциональ байна.
Гэрлийн эрчмийн шинж чанар нь түүний харааны мэдрэмжийг бий болгох чадварыг харгалзан үздэг гэрлийн урсгал - F .
6. Гэрлийн долгионы шинж чанар нь жишээлбэл интерференц, дифракц зэрэг үзэгдлүүдэд илэрдэг.
Электродинамик ба оптик. Процесс дахь физик хэмжигдэхүүний өөрчлөлт
Даалгавар нь зориулагдсан үндсэн түвшинхүндрэлүүд. Зөв гүйцэтгэлийн хувьд та хүлээн авах болно 2 оноо.
Шийдэл нь ойролцоогоор авдаг 3 -5 минут.
Физикийн 17-р даалгаврыг гүйцэтгэхийн тулд та дараахь зүйлийг мэдэж байх хэрэгтэй.
- электродинамик (үйл явц дахь физик хэмжигдэхүүнүүдийн өөрчлөлт)