Оперение ярких птиц вдохновило ученых на создание нового типа лазеров.

Блестящее яркое оперение лазурных птиц, голубых соек и разноцветных попугаев стало источником идеи, легшей в основу создания совершенного нового типа лазеров. Этот новый лазер по своему строению и функционированию подражает крошечным структурам, расположенным на поверхностях оперения птиц, благодаря которым перья птиц имеют яркую цветную окраску без использования всевозможных пигментов и красителей.

На поверхностях перьев птиц находятся крошечные углубления, заполненные, естественно, воздухом. Свет, попадающий в эти углубления, преломляется и отражается по многу раз, производя отраженный свет в диапазоне от красного цвета до ультрафиолетового, невидимого глазу человека, но хорошо различаемого зрением птиц."Птицы используют эти крошечные структуры на своих перьях для создания цветов и оттенков, которые практически невозможно получить другими способами"-рассказал орнитолог из Йельского университета Ричард Прум (Richard Prum), который занимался изучением описанного механизма.

Используя идею, поданную самой природой, физик из Йельского университета Хуи Кэо (Hui Cao) и его коллеги создали двухмерную имитацию структуры пера птицы. На пластине из полупроводникового материала, арсенида галлия, были созданы те крошечные углубления, подобные тем, которые находятся на оперении птиц. Отверстия были упорядочены подобно людям в толпе, несколько случайно, но ориентировочно соблюдая одно и то же расстояние друг от друга.

Свет инфракрасного лазера, падавший на поверхность арсенида галлия, отражаясь, начинал"раскачиваться"подобно процессу раскачки, происходящем между двумя зеркалами обычного лазера. Маленькие вкрапления другого полупроводникового материала, которые сформировали так называемые квантовые точки, поглощая свет, усиливали его переизлучая когерентный свет одной и той же длины волны.

Конечно, инфракрасный свет, который излучают лазеры нового типа, совершенно не виден человеческому глазу. Но эффективность работы нового типа лазера намного выше,чем эффективность лазеров, изготовленных на основе наноструктур, состоящих из случайно упорядоченных материалов. Материал для нового типа лазеров значительно проще в изготовлении, чем изготовление фотонных кристаллов, имеющих четкую упорядоченную структуру и однородные оптические свойства.

Изменяя размер отверстий, интервал между ними и расширяя структуру материала в третьем измерении, ученые надеются создать новый вид дешевого и практичного лазера,который успешно может использоваться в областях телекоммуникаций, в электронике и для других применений, где предъявляются высокие требования к качеству используемого лазерного света.

Источник

Новый европейский лазер будет настолько мощным, что сможет разорвать пространство и время.

Европейская комиссия одобрила строительство трех новых гигантских исследовательских лазеров и рассматривает возможность создания еще одного, самого мощного в мире лазера. Мощность импульса этого лазера в несколько сотен раз будет превышать моментальную мощность электрической энергии, вырабатываемой всей человеческой цивилизацией. Каждый из трех новых лазеров будет иметь импульсную мощность, находящуюся в диапазоне петаватта, а мощность четвертого лазера будет в два раза превосходить суммарную мощность первых трех лазеров. С помощью энергии импульсов этих лазеров ученые надеются переместить в реальный мир"виртуальные"неуловимые частицы, из которых состоит, согласно одной из теорий, вся материя и пространство Вселенной.

Пиковая импульсная мощность четвертого лазера проекта Extreme Light Infrastructure (ELI) будет получаться в результате сложения десяти лазерных лучей в один импульс, мощность которого будет составлять 200 петаватт. Это значение в 200 петаватт значительно превосходит суммарное количество энергии, производимой в настоящее время, и фактическипревосходит количество энергии, получаемой Землей от Солнца.

Конечно, такой лазер весьма существенно отличается от лазерной указки, которой балуются ваши дети. Единственный метод достичь таких значений уровня энергии импульса - сократить до безумно маленьких величин само время этого импульса. Импульс, мощностью 200 петаватт, продлиться всего 1.5x10^-14 секунды. Для сравнения, это время, требующееся свету на преодоление расстояния толщины человеческого волоса.

Первым, что будут исследовать ученые с помощью четвертого лазера - это одна из загадочных теорий квантовой физики, которая утверждает, что пространство состоит из возникающих ниоткуда частиц, которые возникают совершенно непредсказуемо, а время их существования настолько мало, что их не удается зарегистрировать никакими научными методами. Ученые надеются, что при таком уровне энергии, сосредоточенном в малой области пространства, нарушатся все законы физики и произойдет разрыв пространственно-временного континуума, разделение материи на вещество и антивещество и другие совершенно невероятные явления.

Несколько европейских стран претендовали на участие в проекте ELI в качестве места строительства новых лазеров. Один из трех первых лазеров будет строиться ЧешскойРеспублике а два других - в Венгрии и Румынии. Эти лазеры должны будут вступить в строй в 2015 году. Четвертый лазер, согласно планам, должен начать"разрывать пространство"в 2017 году, но где именно, пока это еще не решено.

Источник

Новая технология доказала, что Эйнштейн был в свое время неправ - мы можем измерить Броуновское движение.

В 60 году до н.э. поэт Лукреций красочно описал движение пыли в воздухе темной комнаты, размышляя о существовании атомов. В 1827 году Роберт Броун описал беспорядочноедвижение мельчайших частиц цветочной пыльцы в воде, движение, которое впоследствии было названо его именем. Это оставалось неизменным до 1905 года, когда Эйнштейн сделал вывод о том, что Броуновское движение является мгновенной реакцией частиц на случайные столкновения с беспорядочно движущимися молекулами воды. Согласно Эйнштейну Броуновское движение происходило по всем канонам классической ньютоновой физики. В то время было невозможно определить линейную скорость движения, средства измерения того времени позволяли измерить только среднеквадратичное смещение. Эйнштейн сказал по этому поводу:"Не представляется возможным с помощью непосредственных наблюдений измерить скорость движения",из-за того, что скорость частиц меняется приблизительно за 100 нс, чрезвычайно быстро для того времени.

Но это все происходило достаточно давно. Сейчас исследователи, вооруженные современными технологиями и измерительными инструментами, могут производить наблюдения с точностью, на порядки превышающей точность тех времен.

Удерживая крошечную сферическую частицу, диаметром около одного микрона, в оптической ловушке, ученые из Техасского университета в Остине и Швейцарского политехнического института (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL) измеряли силу отраженного от частицы света лазера. Скоростной оптический датчик положения смог обеспечить частоту измерения положения частицы около 75 миллионов раз в секунду, что дало разрешающую способность определить траекторию Броуновского движения частицы с точностью 0.2 ангстрема и интервалом 10 наносекунд.

С такими характеристиками проведенных измерений ученым впервые в истории удалось достаточно точно измерить скорость и траекторию двигающихся частиц, другими словами, Броуновское движение.

Источник

Полупроводниковый сердечник повышает эффективность оптоволоконных линий связи.

Современные оптоволоконные линии связи способны передавать более терабайта информации в секунду, но это не означает, что в этой области уже нечего улучшать и совершенствовать. Одно из таких усовершенствований, о котором было объявлено совсем недавно, заключается в создании внутри волокна кварцевого стекла канала, заполненного полупроводниковым материалом, селенидом цинка. Этот новый класс волоконной оптики, изобретенный и изготовленный учеными Пенсильванского университета, позволяет"более эффективное и гибкое управление распространением света в волоконно-оптическом кабеле".Новая технология может найти свое применение не только в области информационных технологий и коммуникаций, а так же и в медицине, области экологического контроля и, конечно, в военной области.

Известно, что расположение атомов вещества в стекле весьма неупорядочено, что порой препятствует прохождению света через это стекло. У прозрачных полупроводниковых веществ, таких как селенид цинка, наоборот, кристаллическая решетка имеет строгую упорядоченную структуру, что позволяет распространение в их среде более длинноволнового света. Что бы изготовить новые оптические волокна ученые использовали полые стеклянные капилляры. Используя уникальную технологию химического смещения под давлением, они смогли ввести в полость волокна сердечник из селенида цинка.

При проведении экспериментов было замечено, что новые оптические волокна работали, т.е. имели более низкий коэффициент затухания света, со световыми импульсами различных длин волн, включая волны света инфракрасного диапазона. А это, в свою очередь, может стать основой для создания оптоволоконных лазеров инфракрасного диапазона с длиной волны до 15 микрон.

Результаты этих исследований были изданы в последнем выпуске журнала Advanced Materials.

Источник

Китайские ученые спроектировали работающий"силовой луч".

Силовой луч, тянущий луч - эта технология фигурирует в космических научно-фантастических произведениях уже давным-давно. И, как часто это мы наблюдаем, многие идеи,высказанные фантастами в последнее время, становятся реальностью благодаря усилиям ученых. Команда китайских ученых из Фуданьского университета в Шанхае (Fudan University) теоретически разработали метод, с помощью которого можно получить силу притяжения с помощью луча света лазера.

Конечно, используя такой луч, не получится захватить транспорт космических повстанцев. Это будет работать, да и то пока в теории, только на наноуровне, но достигнутый при этом эффект демонстрирует необычный разворот вектора действующей силы. Известно, что падающий поток света создает импульс силы, направленный в сторону распространения света, своеобразный толчок, этот принцип используют вошедшие недавно в моду космические аппараты с солнечными парусами. Используя специальную оптическую систему, удовлетворяющую нескольким условиям, ученым удалось превратить"толчок"в"притяжение".

Одним из условий работоспособности оптической системы является малая длительность импульса света, чем короче будет импульс, тем, как это ни парадоксально, будет величина"притягивающего"воздействия. Вторым основным условием является создание вокруг объекта, который предполагается"тянуть"сложного магнитного многополюсного поля, которое должно быть в возбужденном состоянии во время прихода импульса света. Если падающий под"правильным"углом свет рассеивается магнитным полем в"правильных"направлениях, то это создает отрицательный импульс силы, позволяя объекту быть притянутым к источнику света.

Сделанное открытие вряд ли приведет к появлению силовых лучей, установленных на спутниках, космических базах и военных кораблях. Но это вполне может использоваться на наноуровне для управления наночастицами и частями наномеханизмов, которые в будущем будут являться элементами более сложных электро-опто-микромеханических систем.

Более подробно об этом открытии, сделанном китайскими учеными, можно прочесть поэтому адресу.

Источник

"Стрельба"наземным лазером позволит точно измерить значение магнитного поля Земли.

Есть множество причин для составления подробной карты магнитного поля нашей планеты. Геофизики используют эти данные для изучения Земли, нефте- и газодобывающие компании используют это для поиска месторождений природных энергоносителей, климатологи, основываясь на данных о магнитном поле, составляют сложнейшие климатические модели. Для оперативного отслеживания изменений магнитного поля Земли обычно используют данные, получаемые сразу с нескольких спутников. Этот процесс дорог ине очень точен из-за того, что зачастую в результаты измерений вмешиваются посторонние факторы. Физики из Калифорнийского университета в Беркли предлагают идею измерения магнитного поля Земли с помощью единственного наземного лазера, свет которого позволит измерить скорость и направление вращения атомов натрия, находящихся в атмосфере на высоте 90 километров.

Свет оранжевого лазера мощностью от 20 до 50 Ватт возбуждает атомы натрия, распыленные в мезосфере на высоте около 90 километров. Такое возбуждение вызывает появлениеявления флюоресценции, сила и другие характеристики которого зависят от скорости вращения и поляризации атомов натрия, которые находятся под воздействием магнитного поля Земли. С помощью телескопа производится анализ света флюоресценции и на основании полученных данных вычисляется значение магнитного поля Земли в заданной точке и с большой точностью. В отличие от спутников, лазерная установка является стационарной и не движется относительно Земли, пересекая линии магнитного поля.Из-за этого и из-за того, что в результаты измерений не вносится погрешность другими факторами, такими как космическое излучение, результаты таких измерений оказываются на порядки точнее, чем измерения, сделанные из космоса.

По крайней мере, в теории все выглядит просто замечательно. Теперь же, исследователи из Европейской Южной обсерватории (ESO) устанавливают модулированный лазер мощностью 20 Ватт, который в паре с телескопом Very Large Array (VLA) будет использоваться для проверки этой идеи.

Источник

Ученые-физики создали первый в мире анти-лазер.

Что такое лазер? Лазер представляет собой некое устройство, с высокой эффективностью преобразующее подводимую энергию в энергию монохромного и когерентного светового излучения. Так а что же такое анти-лазер? Логично предположить, что это устройство, выполняющее обратную функцию, т.е. поглощающее световое излучение с высокойэффективностью. Именно такой полностью работоспособный анти-лазер создали ученые-физики Йельского университета. Их устройство способно высокоэффективно поглотить два луча падающего света, которые смешиваясь в"недрах"анти-лазера, полностью уравновешивают и подавляют друг друга. Предполагается, что это устройство может проложить путь появлению совершенно новых и необычных оптических технологий, которые найдут применение во многих областях, от оптических квантовых вычислений до радиологического контроля.

Анти-лазер, имеющий научное название Coherent Perfect Absorber (CPA), является детищем группы ученых, возглавляемых профессором физики Йельского университета Дугласом Стоуном (A. Douglas Stone), и группы физиков-экспериментаторов, возглавляемых Хьюи Као (Hui Cao).

Принцип работы анти-лазера заключается в том, что два луча когерентного света определенной длины волны попадают в некую полость, содержащую кремниевую пластину, выступающую в качестве поглотительной среды. Эта пластина отражает падающий свет таким образом, что фотоны света становятся пойманными в ловушку и, беспорядочно перемещаясь внутри полости, они поглощаются и преобразуются в тепло.

В теории новый анти-лазер способен поглотить 99.999 процентов падающего света, однако, из-за технологических ограничений и погрешностей, допущенных при изготовлении,опытный образец CPA способен поглотить всего 99.4 процента падающего света."CPA,который мы изготовили, является всего лишь устройством, доказывающим верность нашей теории и принципов"-объясняет Стоун. -"Я уверен, что изготавливая новый, более сложный CPA, мы вплотную приблизимся к теоретическому пределу".

Первый опытный CPA имеет размер около одного сантиметра. Но построенные компьютерные модели показали, что возможно создание совсем крошечных анти-лазеров, размеромоколо 6 микрон, что в двадцать раз меньше толщины человеческого волоса. Помимо этого будущие анти-лазеры будут в состоянии помимо света видимого диапазона эффективно поглощать инфракрасный свет того диапазона, который широко используется в различном коммуникационном оптоволоконном оборудовании.

Такие CPA могут стать ключевыми элементами, своего рода оптическими переключателями и оптическими транзисторами, на основе которых будут создаваться квантовые и оптические компьютеры, датчики и другие компоненты, в которых свет будет выполнять ту же роль, что и электричество в современных электронных устройствах. Еще одной областью применения CPA может стать область радиологических измерений и контроля, в которой анти-лазеры будут играть роль высокочувствительных датчиков, регистрирующих любое электромагнитное или ионизирующее излучение.

Источник

Рентгеновский лазер высветил чудеса микромира.

Ученые, используя сверхкороткие импульсы рентгеновского излучения, полученные с помощью самого мощного на сегодняшний день электронного лазера (Free Electron Laser, FEL) LinacCoherent Light Source, получили снимки живых вирусов и составили трехмерные изображения некоторых видов белков, замороженных внутри наноразмерных кристаллов. Эта технология в подробностях описана в журнале Nature от 3 февраля 2011 года, а приведенные здесь изображения - это первые изображения живых биологических объектов, полученные с помощью рентгеновского лазера.

"Разработанная технология позволяет нам видеть вещи, которые были раньше невидимыми"-рассказывает Марвин Сеиберт (Marvin Seibert), физик их Стэнфордского университета, один из соавторов исследований. -"Самой важной частью этой технологии является то, что ученые будут в состоянии увидеть форму и строения молекул новых белков и других биологических соединений".

Для получения трехмерного изображения молекулы белка исследователи помещают молекулы в специально выращиваемый кристалл и помещают это потом под рентгеновский микроскоп."Выращивание подобных кристаллов само по себе уже тянет на Нобелевскую премию"-утверждает Сеиберт. До настоящего времени ученым удалось получить трехмерные изображения всего лишь шести видов белков, составляющих клеточную мембрану, это при учете того, что их общее количество превышает 30 тысяч.

Для получения изображений с помощью луча рентгеновского лазера, находящегося в лаборатории SLAC National Accelerator Laboratory, исследователи распыляли кристаллы с замороженными вирусами и белками на пути луча мощнейшего луча рентгеновского излучения. Согласно имеющейся информации, использованный рентгеновский лазер по"яркости"превосходил в миллиард раз все созданные до этого такие лазеры. Импульс лазера длился одну квадрильоннную секунды ( десять в минус двадцать четвертой степени ), рассеиваясь от препятствия за то время пока само препятствие просто не испарялось.

С помощью специальной камеры делалась запись образцов отраженного рентгеновского излучения, на основании которых можно восстановить форму объекта. А комбинации тысяч таких снимков позволяют построить подробную трехмерную модель объектов сложнейших форм. К примеру, что бы сделать изображение белка, используемого в процессефотосинтеза, которое приведено на первом снимке, исследователи сделали около трех миллионов снимков, из которых были отобраны 10 тысяч наиболее качественных.

На втором снимке показан один из снимков, на основании которых ученые собираются построить модель самого большого из известных вирусов, мимивируса (Mimivirus), которыйявляется настолько большим, что может быть сам заражен другими, более мелкими вирусами.

Источник