Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Иллюстрация University of Rochester
Лента Мёбиуса - трехмерная структура всего с одной стороной. Иллюстрация Martin Green

Поляризацию света закрутили в ленту Мёбиуса

Ключевые слова:  Лента Мёбиуса, Поляризация света, Физика

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

01 февраля 2015

Каждый школьник на уроке геометрии слышал про ленту Мёбиуса, многие конструировали её у себя дома из бумаги, ножниц и клея. Это одно из чудес науки, которое легко воспроизвести и доказать при помощи подручных предметов, но физики решили пойти дальше: международная команда учёных собралась, чтобы "закрутить" в ленту Мёбиуса поляризацию света.

"Оптическая поляризация ― один из немногих примеров существования ленты Мёбиуса в природе, а не в классе геометрии", — поясняет ведущий автор исследования Роберт Бойд (Robert Boyd), физик из университета Рочестера.

Эксперимент по изготовлению ленты Мёбиуса из поляризации света представляет огромный интерес не только для специалистов, изучающих фундаментальное понимание оптической поляризации, но и для инженеров, занимающихся созданием сложных структур в микро- и наномасштабах.

Как поясняют учёные в пресс-релизе, свет является электромагнитной волной, а значит, он обладает поляризацией ― направление, в котором электрическая составляющая поля колеблется (обычно обозначается вектором, конец которого описывает некоторую кривую).

Знания о понятии поляризации света широко применяется в современной фундаментальной науке и высоких технологиях.

Известно, что поляризация солнечных лучей разнонаправлена в случайном порядке (векторы хаотично указывают в разные стороны и соответствующим образом двигаются), и ориентация электрического поля одного луча не зависит от соседнего и всех остальных. Однако, когда свет отражается от каких-либо однородных поверхностей или объектов, например, воды, стекла или поверхности асфальта, он приобретает определённую поляризацию.

Используя эти знания, инженеры-оптики научились делать поляризованные очки, которые способны блокировать свет с определённым направлением поляризации и уменьшать таким образом количество ослепляющих бликов.

В своём новом эксперименте Бойд и его коллеги использовали особый вид светового луча — сфокусированный лазерный, так называемый структурированный свет (structured light). Структурированный свет имеет специфическое распределение поляризации и интенсивности в световом пучке. Следовательно, электромагнитное поле осциллирует по-разному для разных частей пучка, и не всегда под прямым углом к направлению движения света, как это было бы в случае со стандартным лазерным лучом.

В высокоструктурированном пучке компоненты электрического поля могут меняться во всех трёх измерениях, что и нужно для построения ленты Мёбиуса. Физики, скомпоновав лазерные лучи с разными характеристиками, заставили их взаимодействовать друг с другом. Кроме того, учёные использовали особые оптические инструменты (например, жидкокристаллические линзы) для перенаправления и изменения характеристик света.

В результате у них получился световой луч, поляризация которого менялась в зависимости от ширины. В центре пучка он имел круговую поляризацию, а ближе к краям ― линейно поляризован (с различным направлением вектора поляризации). Подключив ещё одну линзу, физики добавили системе третье измерение и получили ленту Мёбиуса из поляризации шириной всего 200-250 микрометров.

Световые ленты Мёбиуса продемонстрировали, как электрическое поле сориентировано в каждом положении круговой траектории, относительно оси лазерного луча.

В зависимости от свойств лазерных лучей, исследователи наблюдали ленты Мёбиуса с 3 или 5 полувитками.

Работа Бойда и его коллег, по сути, показала, что теория Исаака Фройнда (Isaac Freund) из университета Бар-Илан в Израиле, выдвинутая в 2005 году, является практически реализуемой. Теоретик показал, что манипуляции с двумя лазерными лучами могут привести к тому, что ось, относительно которой колеблется их суммарное электрическое поле (тот самый вектор поляризации), будет описывать ленту Мёбиуса. Ранее учёные считали, что имеют лишь математическое описание, но никогда не получат его физическое воплощение.

Бойд пояснил в статье журнала Science, что методика, которую он использовал в своём эксперименте, имеет большие перспективы для исследований структур других видов световых пучков, для создания метаматериалов с невероятными свойствами и необычных оптических устройств.


Источник: Вести.Наука



Комментарии
Палии Наталия Алексеевна, 14 февраля 2015 20:56 

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Оксидные горы, пирохлорные берега
Оксидные горы, пирохлорные берега

Стань частью первой в России магистерской программы в области LED- технологий!
Стать участником первой в России магистерской программы в области LED- технологий можно уже на первой волне вступительных испытаний 8 и 9 июля, подав документы в Приемную комиссию Университета ИТМО (г. Санкт-Петербург, Кронверкский проспект, д. 49). Документы также можно подать почтой.

20 июня в МГУ стартовала приёмная кампания
20 июня в МГУ имени М.В. Ломоносова стартовала приёмная кампания. В новому учебном 2019/2020 году в Московский университет поступят около 10 тысяч абитуриентов, откроются 4 новых направления подготовки и свыше 10 образовательных программ.

Коллекция статей в Frontiers in Chemistry, посвященная Международному Году Периодической Таблицы Элементов
Открыт прием статей в коллекцию Frontiers in Chemistry (Open Access, IF 4.155), посвященной 150 - летию Периодической Таблицы Элементов.

Новые гибридные перовскитоподобные материалы для солнечной энергетики
Тарасов Алексей Борисович, Постнаука
Как сохранить энергию солнца или ветра? Как может измениться стационарная энергетика в будущем? В проекте «Мир вещей. Из чего сделано будущее» совместно с Фондом инфраструктурных и образовательных программ (группа РОСНАНО) Постнаука рассказывает о последних открытиях и перспективных достижениях науки о материалах.

Материалы к защитам квалификационных работ бакалавров на ФНМ МГУ в 2019 году
Коллектив авторов
4-7 июня 2019 г. (11-00) в аудитории 221 корпуса Б пройдут защиты ВКР бакалавров ФНМ МГУ.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2019 году
Семенова Анна Александровна
21-24 мая 2019 года в лабораторном корпусе Б пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками ФНМ МГУ.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.