Miklós
-7 °C
2 °C

A fények irányítása a kezünkben van

2003.05.25. 13:26
Egy kísérlet váratlan eredményt hozott: kiderült, hogy a fények frekvenciáját közvetlenül meg lehet változtatni, így például a látható fényt hővé, a röntgensugarakat rádióhullámokká tudjuk átalakítani. A Massachusetts Institute of Technology kutatócsoportja egyelőre csak egy kivonatot adott ki a felfedezéséről, amelyet hamarosan a Physical Review Letters tudományos szakfolyóiratban fognak publikálni.
Használhatatlan és drága módszer már létezik

A fotonikus kristályokkal foglalkozó John Joannopoulos és munkatársai a most közzétett írásukban azt állítják, hogy a fénysugár frekvenciáját bármilyenre képesek megváltoztatni, közel száz százalékos pontossággal. Ha sikerül hasznosítani a jelenséget, akkor ez számos területen forradalmi újításokat fog eredményezni: például a hőt fénnyé vagy rádióhullámokká lehet majd átalakítani, írta a New Scientist

Jelenleg egy szélsőségesen erős, több mega- vagy gigawattos fényimpulzust kell elküldeni fénysugár mellett ahhoz, hogy megváltoztassák annak a frekvenciáját. Ez a módszer igen költséges, nagy energiájú felszerelést igényel és korántsem mondható hatékonynak.

Lökéshullámokkal ejtik rabul a fényt

Amikor Joannopoulos, Evan Reed és Marin Soljacic megvizsgálták, hogy mi történik a fotonikus kristályokon áthaladó lökéshullámokkal, egy teljesen váratlan hatást fedeztek fel.

A fotonikus kristályok készítése során olyan anyagrétegeket sajtolnak egymásra, amelyek különbözőképpen eresztik át a fényt. (Például bizonyos frekvenciájúakat átengednek, másokat azonban nem.) Ennek következtében a kristályokban egy belső sávszerkezet jelenik meg, amely ugyanúgy vezeti a fényt, mint az áramkörök az elektromosságot.

Számítógépes szimulációkból a kutatócsoport arra a következtetésre jutott, hogy a kristályt összepréselve meg lehet változtatni annak a fényáteresztési tulajdonságát. Például egy vörös fényt áteresztő de a zöld fényt visszaverő kristály egyszer csak a zöld fényt engedi át, és a vöröset veri vissza.

A kutatók arra jöttek rá, hogy kristály megfelelő tervezésével rabul lehet ejteni a bejövő fényt a lökéshullám határvonalánál. Így egy úgynevezett „tükörterem” hatást lehet elérni, ami annyit jelent, hogy a fény oda-vissza verődik a kristály összepréselt és nem összepréselt része között. A lökéshullám áthalad a kristályon, és a fényen Doppler-eltolódás lép fel, amikor lepattan róla. Ha a lökéshullám a fénnyel ellenkező irányba halad, akkor a fény frekvenciája mindig magasabb lesz, ha egy irányba haladnak, akkor alacsonyabb.

Nőhet az optikai eszközök hatékonysága

Körülbelül tízezer visszaverődés után - amely körülbelül 0,1 nanomásodpercig tart - a fény frekvenciája drámaian megváltozhat, például pirosról kékre, láthatóról infravörösre. A kristály felépítésével pontosan meg lehet határozni, hogy mely frekvenciák léphessenek be a kristályba, és melyek távozhassanak belőle. „Olyan dolgokat csinálhatunk, amelyekre eddig nem volt lehetőség” – mondta Joannopoulos a New Scientistnek.

A módszer egy nagyobb frekvenciasáv leszűkítésére is képes, amelyet a többi ismert eljárás nem tesz lehetővé, mondta Joannopoulos. A jelenlegi színszűrők átengedik a kívánt frekvenciákat, és a maradékot egyszerűen kidobálják, így nagyon sok energia elvész.

Az felfedezés többek között hatékony izzók, napelemek és optikai kommunikációs eszközök megjelenését eredményezheti. Jelenleg az optikai kábeleken keresztül egyidejűleg több különböző frekvenciájú fényt küldenek. Ha egy bizonyos frekvencia adatátviteli kapacitása betelt, akkor egy optikai kapcsoló képes lenne átváltani egy másik, még telítetlen frekvenciára.

A másik nagy előny a terahertzes sugarak előállítása lenne. A mikrohullámú és az infravörös tartomány között elhelyezkedő terahertzes sugarakat az orvosi képalkotásban lehetne kitűnően felhasználni, mivel könnyen fókuszálhatóak és a röntgensugárnál kevésbé károsak. Jelenleg bonyolult előállításuk miatt nem igazán elterjedtek.