Ljus reflekteras från en spegel, men var exakt sker denna reflektion? Väl, det beror på, Martin van Exter och Corné Koks upptäckte. Deras exakta beräkningar, publiceras i Optik Express , har tillämpningar inom design av optiska kaviteter för kvantkommunikation.

"För att säga dig sanningen, många forskare har varit lite slarviga, "säger Martin van Exter, diskutera tidigare arbete. "Vi har prickat några i:n och korsat några t:n." Van Exter talar om distribuerade Bragg-reflektorer (DBR), standardtyp spegel som används i fysiken. De är gjorda av staplade glasskikt med alternerande brytningsindex. Van Exter säger, "De fungerar väldigt bra. Genom att bara stapla tillräckligt många lager, du kan uppnå upp till 99,99 % reflektion."

Men en konsekvens av att använda glas är att ljuset penetrerar delvis spegeln. Hur djupt går denna penetration? Van Exter och Ph.D. studenten Corné Koks försökte ta reda på det.

"Vi använder dessa speglar för att göra optiska hålrum. Två små speglar mitt emot varandra, med ljuset som reflekteras fram och tillbaka. Ganska små speglar, för, " säger Van Exter. Avståndet mellan speglarna är bara 2 eller 3 mikrometer, ungefär en 50:e tjockleken på ett hår. Detta är bara lite större än ljusets våglängd. "Så för oss, det spelar roll hur långt ljuset tränger igenom spegeln."

Penetrationsdjup

Koks och Van Exter genomförde en grundlig matematisk analys av beteendet hos elektromagnetisk strålning i DBR, och drog slutsatsen att det finns tre olika penetrationsdjup, beroende på vad man skulle vilja mäta.

Ljus i en kavitet kan vara en stående elektromagnetisk våg, med noder (där amplituden är noll) och antinoder (där amplituden är maximal). Punkten i spegeln där noden är belägen kallades för faspenetrationsdjupet av Van Exter och Koks. "Detta penetrationsdjup är inte särskilt djupt, vanligtvis nästan på spegelns yta, " säger Van Exter. "Detta gäller ljus med en våglängd. Men ibland, du använder inte en enda våglängd, men en puls. När du beräknar hur snabbt denna puls återkommer, och därför från vilket djup, penetrationsdjupet visar sig vara större. Detta, vi kallar frekvenspenetrationsdjupet. "Bredvid det, fysikerna definierade ett tredje modal penetrationsdjup, användbar för en skarpt fokuserad ljusstråle.

Slarviga beräkningar

Slutsatsen är att det finns tre olika penetrationsdjup. Att välja vilken som ska användas beror på exakt vad du vill mäta. "Det här är inga revolutionära förändringar, "säger Van Exter, "men vi visar det här för första gången, och vi noterar att fysiker ofta är slarviga när de beräknar sina optiska inställningar."

Skillnaderna är viktiga för optiska hålrum gjorda av Van Exters forskargrupp. Dessa kan möjligen användas för kvantkommunikation i framtiden. Van Exter säger:"En av de heliga graalerna är att överföra kvanttillståndet för en foton till en enda atom eller molekyl, eller tvärtom. Du kanske kan göra det genom att reflektera ljuset fram och tillbaka i en optisk hålighet som innehåller en atom. Men då måste du kunna beräkna den exakta storleken på ditt hålrum, och därför djupet av din spegel."