Звук управляет светом

04.02.2015

В начале прошлого века советский физик Леонид Мандельштам теоретически показал, что звуковые колебания в прозрачном веществе могут рассеивать проходящий через это вещество свет. Звуковые волны вызывают локальные изменения плотности среды и как следствие, меняют показатель преломления. В результате такого рассеяния теряется часть световой энергии. Независимо от Мандельштама американский физик Леон Бриллюэн пришел к таким же результатам. В итоге взаимодействие звука и света в прозрачных средах назвали эффектом Мандельштама-Бриллюэна.

Однако мы не замечаем, чтобы громкая музыка рассеивала свет от лампочки, как, например, рассеивается свет автомобильных фар в тумане. Эффект станет заметным, только если вместо обычной лампочки взять источник монохроматического излучения - лазер. Дело в том, что луч лазера представляет собой электромагнитное излучение с одной длиной волны, которая и определяет его "цвет". У красного луча одна длина волны, у зеленого - другая.

Теперь возьмем оптоволоконную линию передачи данных. Принцип ее работы в том, что информация передается за счет изменения интенсивности светового луча, распространяющегося вдоль прозрачной стеклянной нити. Одну оптоволоконную нить можно одновременно использовать для передачи данных по сотням каналов, просто используя лучи света разной длины волны. Каждому каналу соответствует определенная длина волны лазера. Довольно похоже с передачей данных по радиоволнам, кроме одного: если мы увеличиваем мощность радиопередатчика, то увеличивается мощность сигнала и дальность его приема. Если же мы увеличиваем мощность лазера для передачи сигнала по оптоволокну, передача ухудшается - все большая часть сигнала начнет теряться из-за рассеяния Мандельштама-Бриллюэна. Поэтому существует пороговая мощность сигнала, превышать которую не имеет смысла, иначе переданный свет просто отразится обратно.

Что же сделали физики из университета Иллинойса? На тонкой оптоволоконной нити они закрепили маленькую стеклянную сферу. Такая конструкция называется кольцевым оптическим резонатором. Луч лазера из оптоволоконной нити попадает в резонатор и за счет многократного внутреннего отражения остается в нем, как в ловушке. Ключевым моментом в эксперименте стал второй лазерный луч, с частотой, отличающейся от первоначальной на определенную величину. Разница в частотах лазерных лучей соответствовала частоте акустических колебаний материала сферы. Это и сделало систему из оптоволокна и резонатора прозрачной для первого луча.

Что самое удивительное, такая система оказалась прозрачна для лучей только с одной стороны. Получилось подобие оптического турникета - свет проходит с одной стороны, и не может пройти с другой. Возникает такое интересное свойство из-за сложного взаимодействия двух световых лучей и акустических волн в материале - эффекте рассеяния Мандельштама-Бриллюэна. Только в данном случае, вместо того чтобы препятствовать прохождению луча по волокну, он, наоборот, обеспечил ему свободный коридор.

Открытие таких свойств позволит создавать миниатюрные оптические изоляторы и циркулярторы, которые нужны для оптоволоконных систем и в перспективе - для квантовых компьютеров. Сейчас действие этих устройств основано на магнитооптическом эффекте Фарадея, и для пропускания света только в одну сторону применяются магнитные поля и материалы. Избавиться от лишних магнитных полей как раз поможет сделанное открытие. Кроме того, его можно использовать для изменения групповой скорости светового луча - физики называют это "быстрым" и "медленным" светом, он нужен для хранения квантовой информации.

<< Назад: Измеритель вибрации на процессоре ARM 04.02.2015

>> Вперед: Процессор Cortex-A72 03.02.2015

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Звуки капель ускоряют прорастание на 30% 20.05.2026

Растения обладают удивительной чувствительностью к окружающему миру, и новые исследования показывают, что они способны воспринимать даже звуки. Ученые обнаружили, что семена риса ускоряют свое прорастание, реагируя на шум дождя. Этот механизм помогает растениям лучше приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды и может играть важную роль в их выживании. В ходе экспериментов исследователи записывали звуки дождя разной интенсивности. Оказалось, что падение капель создает значительное звуковое давление - сравнимое с тем, которое фиксируют на небольшом расстоянии от двигателей реактивных самолетов. Хотя такие звуки находятся за пределами человеческого слуха и плохо передаются из воды в воздух, они вполне способны влиять на семена, находящиеся под тонким слоем воды или почвы. Ученые провели серию опытов с посевным рисом, который традиционно высевают в увлажненную почву или под слой воды. Семена помещали в лужи глубиной 2,5-3 сантиметра и воспроизводили звуки дождя. Небол ...>>

Volkswagen ID. Polo GTI 20.05.2026

Volkswagen продолжает развивать легендарную линейку GTI, перенося ее дух в эпоху электромобилей. Компания официально представила ID. Polo GTI - первый полностью электрический "горячий" хэтчбек, который сочетает в себе современные технологии и фирменный драйверский характер моделей GTI, история которых началась еще в 1976 году с первого Golf GTI. Премьера новинки прошла во время знаменитой 24-часовой гонки на Нюрбургринге. Электромотор на передней оси развивает 222 л.с. (166 кВт) и выдает 290 Нм крутящего момента. Разгон с 0 до 100 км/ч занимает 6,8 секунды. Хотя динамика не претендует на звание рекордной в классе, Volkswagen сделал акцент на точной управляемости и узнаваемом "GTI-настроении". Для этого автомобиль оснастили блокировкой переднего дифференциала, адаптивной спортивной подвеской DCC и прогрессивным рулевым управлением. ID. Polo GTI использует ту же батарею емкостью 52 кВтч с химией NMC, что и обычная версия модели. Запас хода по циклу WLTP достигает 424 км. Поддержива ...>>

Коты охотнее разговаривают с мужчинами 19.05.2026

Домашние кошки всегда считались довольно сдержанными и избирательными в проявлении эмоций. Однако новое исследование показало, что наши пушистые питомцы гораздо активнее используют голос при общении с мужчинами, чем с женщинами. Это открытие помогает глубже понять особенности кошачьего поведения и природу их отношений с человеком. Ученые из Университета Анкары проанализировали реакцию 31 домашнего кота. Владельцы записывали на видео поведение животных в первые минуты после возвращения домой, стараясь вести себя максимально естественно. Результаты оказались весьма примечательными: в среднем за первые 100 секунд после прихода мужчины коты издавали 4,3 различных вокализации - мяуканье, мурлыканье или характерные "чириканья". При появлении женщины этот показатель составил всего 1,8. Исследователи изучили 22 разных типа поведения кошек, включая трение о ноги, зевки и реакцию на еду. Единственным значимым различием между мужчинами и женщинами оказалась именно частота вокализаций. Возра ...>>

Умная сушилка Xiaomi Mijia Smart Clothes Drying Machine 3 19.05.2026

Компания Xiaomi представила новую модель Mijia Smart Clothes Drying Machine 3 - инновационный многофункциональный комплекс, который кардинально меняет представление о сушке одежды и организации балконного пространства. Главное преимущество новинки заключается в гибкой системе организации. Устройство оснащено четырьмя независимыми зонами, благодаря чему одновременно можно сушить совершенно разные типы вещей - от легкого белья и носков до объемных одеял и верхней одежды. Для этого предусмотрено 38 открытых крючков, 32 вращающихся зажима, 20 выдвижных стержней и две специальные сетки, что позволяет оптимально использовать каждый сантиметр пространства. Еще одна яркая особенность - встроенное интеллектуальное освещение. 42-дюймовый световой модуль мощностью 36 Вт и световым потоком 3000 люмен способен полностью заменить потолочную люстру на балконе. Пользователи могут регулировать цветовую температуру в диапазоне от 3000 до 5700 K, создавая комфортную атмосферу для разных сценариев - ...>>

Сильнее всего мы злимся на самых близких 18.05.2026

Многие замечали одну и ту же странную закономерность: на работе или в общении с посторонними людьми мы способны сдерживать раздражение даже в сложных ситуациях, а дома можем вспыхнуть из-за сущей мелочи. Этот парадокс хорошо известен психологам и имеет глубокие нейробиологические причины. Оказывается, дело не в "плохом характере", а в особенностях работы нашего мозга и нервной системы. Когда мы находимся среди малознакомых людей, префронтальная кора головного мозга активно контролирует эмоции. Она выступает в роли внутреннего цензора, подавляя агрессию и помогая выбирать социально приемлемые реакции. Дома же мозг воспринимает окружение как максимально безопасное и предсказуемое, поэтому уровень контроля заметно снижается. В результате накопленные эмоции выходят наружу гораздо ярче и сильнее. Кроме того, мозг формирует особый "эмоциональный архив" именно на близких людей. Даже незначительные обиды и раздражения, которые мы переживаем годами, откладываются в памяти. При новом конфл ...>>

Случайная новость из Архива Новый метод цветной 3D-печати 09.08.2018 Сегодня люди изучают, как можно использовать 3D-печать в сфере производства, медицине, моде и в даже пищевой промышленности. Но одна из наиболее эффективных форм трехмерной печати имеет серьезный недостаток: она позволяет печатать только черно-белые объекты. Исследователи из Института фотонных наук (Испания) изменили метод 3D-печати с технологией SLS - так, чтобы стало возможным печатать во всех цветах радуги. 3D-принтеры с технологией SLS (selective laser sintering) используют лазер для нагрева порошкообразного материала - обычно нейлона или полиамида. Под действием высокой температуры частицы порошка спекаются - и образуется единая твердая масса. Принтер добавляет материал слой за слоем, пока не будет получена желаемая трехмерная структура. Чтобы снизить энергетические потребности процесса, исследователи решили добавить в полимерные порошки специальные соединения - фотосенсибилизаторы: углеродные нанотрубки, углеродную сажу и графен. Эти материалы поглощают свет гораздо сильнее, чем полимеры, и намного быстрее преобразуют его в тепло, что позволяет использовать более дешевые лазеры с более низкой мощностью. Однако фотосенсибилизаторы на основе углерода могут производить печатные объекты только серого или черного цвета. Ученые из Института фотонных наук (ICFO, The Institute of Photonic Sciences) хотели найти фотосенсибилизатор, который позволил бы печатать цветные объекты с помощью SLS-метода. Для этого исследователи разработали золотые наностержни, которые бы интенсивно поглощали свет в инфракрасной области спектра, будучи почти прозрачными для видимого света. Они покрыли микроскопические стержни диоксидом кремния (бесцветными кристаллами, которые обладают высокой прочностью), а затем смешали их с полиамидными порошками для печати трехмерных объектов. Они обнаружили, что золотые наностержни преобразуют свет лазера в тепло намного лучше, чем технический углерод. Кроме того, новые фотосенсибилизаторы помогают производить объекты более чистого белого цвета и - при смешивании с красителями - ярко окрашенные трехмерные предметы.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026