כולנו למדנו בשיעורי מדע כי קרני-אור נעות במסלולים ישרים ומתפזרות ע”י תהליך המכונה “עקיפה” – וכי הן לא יכולות לעקוף פינות. אולם עתה, מדענים מאוניברסיטת תל-אביב בודקים יישומים חדשים של התגלית האחרונה שלהם כי קרני-אור קטנות אכן ניתנות לעיקום בסביבת מעבדה וכי הן עוקפות הרבה פחות מקרניים “רגילות” Nature Photonics
לקרניים אלו, המכונות “אלומות איירי” (“Airy beams”), ניתן השם לכבודו של האסטרונום האנגלי סיר George Biddell Airy, אשר חקר את המסלולים העקמומיים של אור בקשתות בענן, ואשר יוצרו לראשונה באוניברסיטת פלורידה. כעת, פרופסור עדי אריה והתלמידים שלו טל אלנבוגן, נועה וולך-בלוך, איילת גנני פדוביץ ועידו דולב מהפקולטה להנדסה באוניברסיטת תל-אביב הדגימו דרכים חדשות לייצר ולשלוט בקרניים מהסוג הזה. המחקר שלהם, שבו נעשה שימוש באלגוריתם חדשני ובגבישים אופטיים לא-ליניאריים מיוחדים, פורסם בכתב-העת המדעי Nature Photonics.
חלק מהיישומים החדשים הללו, כגון מקור אור ליצירת אלומות המסוגלות לעקוף פינות, או מתחמים מוארים שאינם מכילים מקורות אור גלויים, עדיין רחוקים מרחק של חמש-עשר שנים, אומר פרופסור אריה. אולם, למחקר זה קיימים גם יישומים מיידיים. לדוגמא, מאחר וחלקיקים זעירים “נמשכים” לעוצמות הגבוהות ביותר של האלומה, תעשיות הרוקחות והכימיה יכולות להשתמש באלומה החדשה לשם מיון פרודות בהתאם לגודלן או לטיבן ולשם סינון מזהמים מתוך תרופות, שאחרת היו מסוגלים להוביל להרעלה ואף למוות.
עד עתה, בהתאם למאמר אחר שפורסם גם הוא בכתב-העת המדעי Nature Photonics, קרני איירי נוצרו באמצעות “עקיפה ליניארית” (“linear diffraction”) תוך שימוש באמצעים המקרינים אור חד-גוני דרך לוחות זכוכית בעלי עובי משתנה. אולם, באמצעות גבישים שהם פיתחו במעבדתם, הגישה של החוקרים מאוניברסיטת תל-אביב מנצלת שיטה אחרת: אופטיקה לא-ליניארית. בעקבות הקרנתם לעבר הגבישים, גלי האור “מקפצים” בתוככי הגביש, תוך שינוי אורך הגל והצבע שלהם. באמצעות שיטה זו, מציינים החוקרים, נתפח צוהר לפיתוח אלומות אור חדשות באורכי-גל חדשים בעלי שליטה גבוהה יותר במסלוליהם.
“מצאנו דרך לשלוט בכך שקרן האיירי תופנה ימינה או שמאלה, כרצוננו, לדוגמא,” מסביר החוקר הראשי. בנוסף, החוקרים מצאו גם דרך לשלוט במיקום עוצמת השיא של הקרניים, הנוצרות באמצעות תהליך של אופטיקה לא-ליניארית.
אופטיקה לא ליניארית (הערך בוויקיפדיה, Nonlinear optics) הינה תת-תחום של אופטיקה הדן בתגובתם של חומרים לעוצמות גבוהות של קרינה. יחסי-הגומלין החזקים שבין קרינה לחומר מניבים יצירה של צבעים חדשים, בעלי מחצית מאורך הגל של תדירות האור המקורית שנקלטה. לדוגמא, תגובה לא-ליניארית לאור אינפרא-אדום מסוגלת לייצר אור נראה – כפי שמתקבל באותם צייני לייזר ירוקים ובהירים המשמשים במצגות הניתנות בחדרים רחבים.
בקרני איירי גלום פוטנציאל להתקדמות משמעותית עבור מהנדסים. הן תוכלנה לשמש כבסיס לטכנולוגיה שמאחורי “קליעי אור” (“light bullets”) של עידן החלל – כטכנולוגיות יעילות ומדויקות עבור המשטרה והצבא, אולם גם כממשק תקשורת חדשני בין משדרים-משיבים. כחבילות זעירות ודחוסות של מידע, קרניי איירי אלה תוכלנה לנוע באוויר הפתוח – כף מקווים החוקרים.
12 תגובות
לאור ההערות הועלתה גרסה חדשה של המאמר.
תודה לכל המגיבים.
אהוד,
נכון, זהו אינו פתרון סוליטוני
זהו פתרון של גל הלם בפלסמה.
לפרופסור אריה
תודה על תיקון הטעויות בתרגום הכתבה. תרגום מוטעה יכול לפגום קשות בהבנה.
למיכ*אל תודה על הפניה לפרופסור אריה שיסביר את הכתבה
יש עדיין מספר נקודות לא ברורות בכתבה ואני נוטה ליחס אותם לתרגום. מה פירוש
“קרני-אור קטנות ” ? המופיעה בכתבה.
אם הבנתי נכון הרי ניתן כמובן להסיט קרני אור בעזרת גבישים, מנסרות, סריגים
כפי שציין צבי, אבל הרעיון כאן הוא שעוצמת האלומה בשילוב עם הטווח האי-לינארי
מאפשר להסיט את האלומה?
אגב צבי אני חושב אבל איני בטוח כי אכן אלומות איירי הן סוליטוניות אבל
אי-אפשר היה להבין זאת במפורש מתגובתו של עדי אריה הוא פשוט ציין כי הן
מהוות פונקציות עצמיות של משוואת הלמהולץ.
http://en.wikipedia.org/wiki/Airy_beam
המונח אופטיקה לא קווית שבו השתמש הכתב איננו מדויק והיה צריך להיות אופטיקה לא ליניארית. גם במקום המונח השתברות נהוג להשתמש במונח עקיפה. באשר לאלומות איירי, אלו הם אלומות שהאונה המרכזית שלהם מבצעת מסלול פרבולי במרחב, ועל כן גם אלומות אלה מכונות גם אלומות מאיצות. בכך הם שונות מהאלומות המוכרות יותר כגון אלומות גאוסיות הנפלטות מלייזרים, שהאונה המרכזית שלהם מתקדמת בקו ישיר. למרות תכונות ההאצה שלהם, אלומות איירי אינן סותרות אף אחד מחוקי האותפטיקה הידועים והן מהוות פתרון אנליטי של משוואת ההתקדמות של גלים במרחב החופשי, הקרויה משוואת הלמהולץ.
פרטים נוספים ניתן למצוא במאמר הבא:
Tal Ellenbogen et al, Nonlinear generation and manipulation of Airy beams. Nature Photonics, 2009; 3 395 DOI: 10.1038/nphoton.2009.95
צבי ואהוד:
נראה לי שתרגומו של משה נחמני נאמן (למעט הבחירה הלא מוצלחת במונח “לא קווי” כתרגום של “לא ליניארי”) למקור שהתפרסם בסיינסדיילי שגם בו מדובר על תנועה בקווים לא ישרים בתווך רגיל.
שלחתי אימייל לפרופסור עדי אריה ובקשתי את התייחסותו.
ההערה של אהוד על מאמר זה סופר חשובה ודורשת את התייחסות הכותב שכן היא מאירה באור אחר את המאמר כולו!
קרני האור נעות בתווך אחיד בקווים ישרים ואם שינו את זה הרי שזה מעניין מאד, משונה מאד וכנראה לא נכון.
מה שכן, אפשר לגרום לשבירה של האור ע”י: גבישים, סריגים, מנסרות וכיוב’ ואת זה ייתכן שעשו כאן מסיבור טכניות – כדי שיוכלו להסתכל על עוצמות האור בקצוות שונים של הספקטרום.
המונח אי ליניאריות אינו קשור כלל לשאלה של תנועה בקווים ישרים או עקומים – זהו ביטוי המתייחס לסיווגה של המשוואה הפיסיקלית המתארת את המערכת. ישנם באופטיקה אפקטים לא ליניאריים שמקורם בסדרים גבוהים של משוואות ליניאריות בקירוב (זו הסיבה שאיננו רואים אפקטים אופטיים לא ליניאריים בחיי היום יום). אינני רוצה להכנס לדקויות מתמטיות אך ברור שכאן מדובר על אופטיקה לא ליניארית שכן מדובר על שינוי צבע הקרניים וזה אפקט שמקורו באופטיקה לא ליניארית.
לבסוף, פונקציית איירי המוזכרת היא עם אינני טועה (אבדוק זאת עד הערב) פיתרון סוליטוני של גלים בפלסמה – כלומר פתרון שאינו משתנה במהלך התנועה. באם אכן כך הדבר, זה מהווה הסבר לכך שפונקציה זו תהווה “קליע אור”, שכן היא לא “תמרח” במהלך תנועתה אלא תשמור על צורתה.
האם השיטה הזו עלולה ליצור חור שחור שיבלע את כדור הארץ?
אין דבר כזה אופטיקה לא קווית. המונח הוא אופטיקה לא לינארית וההבדל הוא לא
סמנטי בלבד!!!
אופטיקה לא לינארית אינה עוסקת באופטיקה שהקרניים לא נעות בה בקווים
ישרים אלא בחומרים בעלי תכונות אופטיות המשתנות בהתאם לאור העובר
דרכם! יש באפשרותה של הטעות התרגום לבלבל את הקוראים לחלוטין.
התגלית כאן לטעמי איננה פיסיקלית אלא הנדסית פשוט במקום אלומה
גאוסית, מייצרים אלומה שהפרופיל שלה נקבע על ידי פונקציה המכונה
פונקציית Airy. היכולת להסיט את הקרן ימינה או שמאלה היא שילוב של
הפרופיל של אלומת האור עם התכונות האי-לינאריות של הגבישים.
זה שילוב.. בתל אביב יש שיתוף פעולה. בכל זאת מהנדסים בונים ופיזיקאים חוקרים בצורה הבסיסית..
כתוב שלהישג זה הגיעו חוקרים מהפקולטה להנדסה. מעניין אותי לדעת מדוע לא פיסיקאים? חשבתי שתחום האופטיקה והגבישים שייך לתחומי המחקר של הפקלוטה לפיסיקה.
מעניין אם השיטה הזאת (אם מתחשבים בה) תוכל לנבא תוצאות יותר מדוייקות של עידוש כבידתי?
או שבעזרת השיטה אפשר יהיה לבנות מסכים יותר משוכללים?