Genom att lysa en laser längs insidan av en glödlampa, fysiker har utfört den första experimentella demonstrationen av en accelererande ljusstråle i krökt utrymme. I stället för att röra sig längs en geodesisk bana (den kortaste vägen på en krökt yta), accelerationsstrålen böjer sig bort från den geodesiska banan till följd av dess acceleration.

Tidigare, accelererande ljusstrålar har visats på plana ytor, på vilken deras acceleration får dem att följa böjda banor snarare än raka linjer. Genom att förlänga accelererande balkar till krökta ytor öppnas dörrarna till ytterligare möjligheter, som att emulera allmänna relativitetsfenomen (t.ex. gravitationslinser) med optiska enheter i labbet.

Fysikerna, Anatoly Patsyk, Miguel A. Bandres, och Mordechai Segev vid Technion - Israel Institute of Technology, tillsammans med Rivka Bekenstein vid Harvard University och Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, har publicerat ett papper om de accelererande ljusstrålarna i krökt utrymme i ett nyligen utgåva av Fysisk granskning X .

"Detta arbete öppnar dörrarna till en ny studieväg inom accelerationsstrålar, "Berättade Patsyk Phys.org . "Än så länge, accelerationsstrålar studerades endast i ett medium med en platt geometri, såsom platt fritt utrymme eller platta vågledare. I det pågående arbetet, optiska strålar följer krökta banor i ett krökt medium. "

I deras experiment, forskarna först förvandlade en vanlig laserstråle till en accelererande genom att reflektera laserstrålen från en rumslig ljusmodulator. Som forskarna förklarar, detta präglar en specifik vågfront på strålen. Den resulterande strålen är både accelererande och formbevarande, vilket betyder att det inte sprider sig när det sprider sig i ett krökt medium, som vanliga ljusstrålar skulle göra. Den accelererande ljusstrålen skjuts sedan in i skalet på en glödlampa, som målades för att sprida ljus och göra strålens utbredning synlig.

När du rör dig längs glödlampans insida, accelerationsstrålen följer en bana som avviker från den geodesiska linjen. För jämförelse, forskarna lanserade också en oaccelererande stråle inuti glödlampans skal, och observerade att den strålen följer den geodesiska linjen. Genom att mäta skillnaden mellan dessa två banor, forskarna kunde bestämma accelerationen av den accelererande strålen.

Medan banan för en accelererande stråle på en plan yta bestäms helt av strålbredden, den nya studien visar att banan för en accelererande stråle på en sfärisk yta bestäms av både strålbredd och krökning av ytan. Som ett resultat, en accelererande stråle kan ändra sin bana, såväl som periodisk fokus och defokus, på grund av krökning.

Möjligheten att accelerera ljusstrålar längs krökta ytor har en mängd olika applikationer, varav ett är att emulera allmänna relativitetsfenomen.

"Einsteins ekvationer för allmän relativitet bestämmer, bland andra frågor, utvecklingen av elektromagnetiska vågor i krökt utrymme, "Patsyk sa." Det visar sig att utvecklingen av elektromagnetiska vågor i krökt utrymme enligt Einsteins ekvationer motsvarar utbredningen av elektromagnetiska vågor i ett materialmedium som beskrivs av de elektriska och magnetiska känsligheterna som får variera i rymden. Detta är grunden för att emulera många fenomen som är kända från allmän relativitet genom de elektromagnetiska vågorna som sprider sig i ett materialmedium, som ger upphov till de emulerande effekterna som gravitationell linser och Einsteins ringar, gravitationsblått skift eller rött skift, som vi har studerat tidigare, och mycket mer."

Resultaten kan också erbjuda en ny teknik för att kontrollera nanopartiklar i blodkärl, mikrokanaler, och andra krökta inställningar. Accelererande plasmoniska strålar (som är gjorda av plasmasvängningar istället för ljus) kan eventuellt användas för att överföra kraft från ett område till ett annat på en krökt yta. Forskarna planerar att ytterligare utforska dessa möjligheter och andra i framtiden.

"Vi undersöker nu spridning av ljus i de tunnaste böjda membranen som är möjliga - såpbubblor med molekylär tjocklek, "Sa Patsyk." Vi studerar också linjära och olinjära vågfenomen, där laserstrålen påverkar membranets tjocklek och i gengäld påverkar membranet ljusstrålen som sprider sig inom det. "

© 2018 Phys.org