|
شکل زير نوری را نشان ميدهد که مقادير متفاوتی از تکانه ی
زاويه ای چرخشی را می تواند حمل کند. اين رفتار تازه از اين به
بعد ميتواند يک خصيصه ی جديد برای نور باشد. با اين رفتار نور
می تواند داده ها را انتفال دهد
قصه اينگونه است:
«گردابه های نوری optical vortices» ممکن
است حامل اطلاعات زيادی از ماده ای که از آن خارج می شوند
باشند. اين نظريه را يک گروه اسپانيايی-آمريکايی ارائه کردند.
يک پرتو نور معمولی وقتی از جلو ديده شود يک
دايره ی روشن است. اما نورهای خاصی هستند بنام «گردابه ی نوری»
که وقتی از جلو ديده ميشوند مثل يک حلقه ی نورانی دور ِ يک
منطقه ی تاريک مرکزی هستند. (شکل زير)
شکل ۱- عکس فوری از یک گردابه نوری که در
آن منطقه ی تاريک مرکزی با رنگ آبی نشان داده شده. يک گروه
بارسلونی-آريزونايی برای اولين بار اين نور را کشف کردند. وقتی انرژی
نوری حرکت مارپيچی به دور يک سوراخ گردابی انجام دهد (بالا-چپ)
کم کم تمايل پيدا ميکند که جهت حرکتش را عوض کند (چيزی که هرگز
در گردابه های آبی يا طوفانها مشابه ندارد). در شکل بالا-راست
می بينيد که تقارن دايروی از بين ميرود و پرتو به بيضی ِ کشيده
ای تبديل می شود و کم کم (پايين-راست) نور در جهت عکس گردابه ی
آبی مرکز را دور ميزند
شکل ۲- دور ِ قلب ِ گردابه؛ شارش ِ
انرژی حمل شونده در پرتو نوری مثل يک پله برقی مارپيچی است که
ساعتگرد يا پادساعتگرد می چرخد
شکل ۳- اگر پرتو ليزر را به داخل يک
ماسک هولوگرافی طراحی شده توسط کامپيوتر بفرستيم؛ گردابه ی نوری
درست می شود. ماسک هولوگرافی ديگه چيه؟ يک فيلم نازک (يک الگوی
تداخلی) از يک سری نوار تاريک و روشنه. اين الگوی تداخلی
(هولوگرام) کشيده شده در اين شکل بالا نور ليزر را به تعداد زيادی
طول موج مختلف می شکافد و باعث می شود که پرتوی با يک گردابه ايحاد
شود.
شکل ۴- چگونه
يک گردابه ی نوری چرخشش را برعکس می کند؟ پرتو نوری در جهت افقی z
حرکت می کند و قبلا در داخل دستگاه آبی رنگ بالا به هولوگرام در
راستای صفحه ی xy برخورد کرده و وقتی بيرون می آيد ديگر يک پرتو
گردابه ی نوری است. به عدسی برخورد می کند. کم کم پخ می شود و کم
کم جدا می شود. انرژی در آخر سر دور منطقه ی گردابه در جهت عکس ِ
اول حرکت می کند. (اطلاعات بيشتر در Molina-Terriza, Recolons, Torres, Torner, Wright -
12 july 2005)
پرتوهای
گردابه ی نوری ساده ترين نوع پرتو هستند که تکانه ی زاويه ای چرخشی
حمل می کنند. (منبع)
اين پرتوها از سال ۱۹۹۰ تا حالا خيلی خوب
مطالعه شده اند. اين پرتوها وقتی از بغل مشاهده بشوند مثل فنری
هستند که فازهای يکسانشان در شکل اول اين گزارش با رنگهای يکسان
نشان داده شده است. اين پيچش در نور مثل يک درجه ی آزادی اضافه است
که محققان می توانند از آن برای انتقال داده ها و بازگشايی داده ها
استفاده کنند
در نور معمولی انرژی در راستای حرکت پرتو
انتقال پيدا می کند؛ اما در نور ِ تکانه ی زاويه ای چرخشی دار
يا تزچن* پرتوی های نوری ِ انرژی دور ِ محور ِ حرکت ِ پرتو حرکت ِ
مارپيچی دارد
اگر يک پرتو معمولی نوری را قطبی (polarize) کنيم می
تواند تکانه ی زاويه ای اسپينی (Spin
angular momentum)
حمل کند. حالتهای نور ِ قطبيده دوتاست: يا نور ِ چپ-دست و راست-دست
(ميتوان اينطور هم گفت: نور عمودی vertical وافقی horizontal .
اما برای نوری که تزچن ِ غيرصفر دارد حالتهای بسيار بسيار بيشتری
ممکن است. حالتهای بالاتر مثل اينست که فنرهای فشرده تری هستند و
بنابراين انرژی چرخشی بيشتری دارند. پی می توان با برهم نهی اين
نورها روی هم اطلاعات بسیار بيشتری را کد کرد
شکل ۵- سطح مقطع ِ يک a )
نور عمودی قطبی شده ی (vertical
polarized) معمولی ؛ b) نوری
با تکانه ی راويه ای چرخشی.
در نور معمولی؛ ميدان الکتريکی (فلشهای
عمودی) در هر نقطه از سطح مقطع در يک فاز هستند. اما در پرتو ِ
تزچن دار (b) نقاط مختلف در سطح مقطع دارای فازهای مختلفند.
بالاترين جا (محل ِ ساعت ِ ۱۲) بيشترين ميدان الکتريکی را دارد که
به سمت ِ بالاست. سمت ِ چپ و راست (محل ساعتهای ۳ و ۹) در کمترين
ميدان الکتريکی هستند و با ساعت ۱۲ اختلاف فاز ۹۰ درجه دارند. محل
ساعت ۶ هم ميدان الکتريکی بيشينه در جهت مخالف ِ ساعت ِ ۱۲ دارد.
فاز محل ساعت ۶ و ۱۲ با هم ۱۸۰ درجه اختلاف دارند. مهم است که
بدانيم که در پرتو نوری ِ با تکانه ی زاويه ای چرخشی جهت ِ قطبش عوض
نمی شود. ميدانها در يک جهت ِ قطبش (جهت ِ بالا) می توانند بالا و
پايين جهت گيری کنند. (تصاوير از aip پژوهشگران
اين حالتهای تزچن ِ مختلف را «طيف ِ چرخشی spiral
spectra» نام
نهادند. اين طيف می تواند به نايکنواختی های (non-uniformity) هندسی
و شرايط ساختاری ِ اشيا حساس باشد و می تواند در آشکارسازی های
شيميايی و زيست شناسی کمک کند. همچنين به افزايش ميزان داده روی
لوح فشرده CD کمک کند.
۷ فوريه ی ۲۰۰۵
منبع Optics
Express
برای اطلاعات بيشتر
تماس بگيريد با لوئيس ترنر Louis Torner در وب
سايت icfo
برای آشنايی بيشتر
مجله ی فيزيک امروز Physics
Today شماره ی می ۲۰۰۴ را ببينيد و
دانشمند ِ نو New
Scientist شماره ی ۱۲ ژوئن
۲۰۰۴. توجه: اگر در دانشگاهی نيستيد و به مقالات اين دو مجله
دسترسی نداريد و بسيار به اين موضوع علاقه داريد می توانيد مستقیما
با من تماس بگيريد تا مقالات را برايتان بفرستم
ترجمه از: محمد ح. انصاری
متن اصلی
* OAM مخفف Orbital Angular
momentum است؛ به مخفف فارسی می شود تزچن يعنی تکانه ی زاويه ای
چرخشی نوری) اگر دوستش نداريد بحای تزچن از OAM استفاده کنيد.
منبع اخبار
فیزیک
امید عمومی - نامه
به ریاست جمهوری
مرز بین ایمان و تجربه
نامه
سرگشاده به حضرت آیت الله هاشمی رفسنجانی
آخرین
مقالات
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25
26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
|
