Физики процедили свет через воронку

 
Леонид Попов
Пластина с волноводом овального поперечного сечения и конической формы в продольном направлении. На врезках вверху и внизу – входное и выходное отверстие, справа – продольный разрез. Масштабная линейка на основном снимке – 50 мкм, на правом – 1 мкм (фотографии In-Yong Park, Mark I. Stockman, Seung-Woo Kim et al./ Nature Photonics).

Новое микроскопическое устройство сыграло для света роль воронки, не только концентрирующей поток, но и меняющей его частоту.

Воронка в данном случае — это не просто механическая аналогия. Группа учёных из Южной Кореи, Германии и США действительно построила пустотелый конус из серебра. Этот конус длиной в несколько микрометров был заполнен ксеноном.

В ходе опыта с широкой стороны воронки в неё поступали импульсы инфракрасного излучения. Электромагнитные силы от световых волн производили в поверхностном слое металла волны плотности электронов (поверхностные плазмонные поляритоны), которые принимались бежать к узкому концу воронки, попутно концентрируясь.

Усиленные поляритоны, в свою очередь, формировали внутри воронки очень мощные поля, в несколько сотен раз сильнее, чем поля в падающем инфракрасном свете. В результате от атомов ксенона отрывались электроны и вновь возвращались к ним, генерируя при этом мощные импульсы ультрафиолета.

Ультрафиолетовое излучение с длиной волны до 20 нм выходило из узкого конца воронки, который также служил преградой для инфракрасных волн, ведь диаметр выходного отверстия серебряного конуса составлял 100 нм, а длина исходного ИК-излучения – 800 нм.

 

Схема работы конуса. Слева поступает инфракрасный луч (показан красным цветом). Он возбуждает в воронке поверхностные поляритоны, которые концентрируются воронкой и резко наращивают свою силу (красно-жёлтые волны). Эти поляритоны влияют на атомы ксенона (зелёный цвет), генерирующие сверхкороткие импульсы ультрафиолета (фиолетовый цвет). Последние покидают воронку с узкого конца (иллюстрация Christian Hackenberger).

По информации PhysOrg.com, на выходе своей установки физики получили импульсы ультрафиолета длительностью всего несколько фемтосекунд каждый (фемто – 10-15) с очень высокой частотой следования — 75 миллионов раз в секунду.

Авторы эксперимента предполагают, что эти фемтосекундные вспышки на деле представляю собой пакеты импульсов, длящихся аттосекунды (атто — 10-18).

Вместе с высокой частотой повторения это свойство генерируемого воронкой излучения открывает заманчивые перспективы для физических исследований. Учёные говорят, что источник света с такими экстремальными параметрами пригодится при изучении динамики электронов в атомах и молекулах. Ультрафиолет в таком случае сыграет роль субатомной фотовспышки, помогающей остановить «неуловимое мгновение».

(О своей работе авторы эксперимента отчитались в Nature Photonics.)