Как вяжут узел лазерного луча в пространстве света

Как вяжут узел лазерного луча в пространстве света

Научное сообщество, в том числе физики-теоретики Бристольского университета и Бирмингема, предложило новый способ оценки течения света через пространство с эффектом связывания узлов внутри этого пространства. Лазерный луч часто рассматривается одиночным, сильно сфокусированным лучом. Но фактически, это электромагнитное поле в форме эллипса, вибрирующее в каждой точке пространства. Этот мультинаправленный свет называется «поляризованным».

Наблюдение направления света

Подобный эффект можно наблюдать при помощи поляризованных солнцезащитных очков, которые позволяют видеть только одно направление света. Например, поднимая очки к небу и поворачивая, зритель увидит темные и яркие пятна, так как свет, текущий в разных направлениях, исчезает и появляется.

Учёным удалось использовать голографическую технологию для скручивания поляризованного лазерного луча в узлы. Комментируют достижение так:

Многие знакомы с технологией завязывания узлов применительно к материальным веществам – шнуркам, лентам и т.п. Анализировать связь таких узлов (подсчитывать петли и переходы) можно путём математики, где представлена теория узлов.

Однако применительно к свету всё несколько сложнее в этом плане. Здесь рассматривается не просто один нитевидный луч, завязанный узлом. Рассматривать следует всё пространство (поле), где этот лазерный луч движется.

С точки зрения математики, интересным для исследования выглядит совсем не сам узел, а пространство вокруг этого образования. Геометрические и пространственные свойства поля интерпретируются в данном случае как топология образования.

Анализом топологии узловатых световых полей занимались исследователи университетов:

  • Бристоля,
  • Бирмингема,
  • Оттавы,
  • Рочестера.

Учёные использовали поляризованные световые пучки для создания структур, известных как «поляризационная сингулярность».

Открытая более 35 лет назад, поляризационная сингулярность возникает в точках, где поляризационный эллипс является круговым и обтекается другими поляризациями. В трех измерениях эти особенности встречаются вдоль линий, образуя те самые узлы.

Что удалось учёному сообществу?

Сообществу учёных удалось создать узлы гораздо большей сложности, чем это было возможно для светового луча, и проанализировать созданные узлы в мельчайших подробностях.

Одна из целей топологии – рассказать о полученных данных по линиям и поверхностям. Как выяснилось, на реальных поверхностях существует намного больше дыр, чем предсказано математически.

Эта работа финансировалась грантом исследовательских проектов в рамках программы «Leverhulme Trust». Научный труд видится важным шагом вперед по изучению оптики и поляризации.

Результаты исследований будут способствовать созданию новых устройств обработки информации с помощью настраиваемых сложных световых структур.


При помощи информации: Bristol