Кривые лучи могут формировать управляемые «световые пули»

Слабо рассеивающиеся группы световых волн могут быть направлены по заранее заданной траектории, отличающейся от прямой. Звучит скучно? Что ж, зато практика их применения может оказаться очень весёлой.

Учёные во главе с Парисом Панагиотопулосом (Paris Panagiotopoulos) из Элладского фонда исследований и технологий (Греция) опубликовали работу, в которой теоретически и экспериментально показано, как из кольцевидных лучей Эйри можно сделать «световые пули».

Как вы уже знаете, так называемые волны Эйри могут до некоторой степени изгибаться. Они состоят из такой комбинации волн, где одна, ведущая, несёт бóльшую часть интенсивности общего луча. Другие, более слабые, отстают от предыдущей на половину длины. Волны двух видов так накладываются друг на друга, что ведущая искривляется в одну сторону, а хвостовые, гасящие друг друга, — в противоположную. Поэтому-то видимая (не гасящая сама себя) часть луча Эйри почти не рассеивается при удалении от своего источника, превосходя в этом отношении даже довольно когерентный обычный лазерный луч.

                                                  Рис. 1. Вверху: EEGB и ECGB — два типа гауссовых лучей.

                            Внизу: кольцевой луч Эйри, способный формировать так называемые световые пули.

                                                            (Иллюстрация Paris Panagiotopoulos.)

В последние годы сначала ряд математических решений (до 360˚), а затем и эксперименты (до 60˚) убедительно показали: угол отклонения такого луча может составлять очень большие величины, то есть световой луч в принципе можно изгибать хоть кольцом.

Что это даёт? Уже в простейшем линейном режиме такие изогнутые лучи позволяют использовать светотерапию или фотоабляцию там, где это было невозможно, поскольку между источником света и целью находились материальные препятствия. Теперь греческие исследователи задались вопросом, что можно получить от таких лучей в нелинейном режиме использования.

Кольцевидные Эйри-пакеты электромагнитных волн, согласно их выводам, трансформируют себя по мере распространения в среде в высокоинтенсивные «световые пули», не рассеивающиеся ни в пространстве, ни во времени на значительных расстояниях — много бóльших, чем это возможно для обычных гауссовых пучков света, используемых в стандартных лазерах.

При этом фокус таких кольцевидных лучей Эйри может быть вычислен заранее, а зависит он от мощности, прикладываемой к создающей их установке. А это значит, что такие «пули» можно преднамеренно выпускать по определённой «цели», получая таким образом возможность полного контроля над их траекторией, как если бы речь шла об обычном лазере с прямым, а не «кривым» лучом. Заметим, что авторы работы уже сообщают об экспериментальном воплощении такой техники контроля.

Это открывает перед «кривыми» и сверхслабо рассеивающимися лучами перспективы в целом ряде направлений оптики и связи.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Communications.