Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie.
Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics)
Číslo 11 – vyšlo 15. března, ročník 2 (2004)
© Copyright Aldebaran Group for Astrophysics
Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno.
ISSN: 1214-1674,
Email: bulletin@aldebaran.cz

Zastavování světla, příběh pokračuje

Michal Stránský

V nedávných letech se podařilo nalézt metodu, jak zastavit světlo pomocí principu EIT (elektromagneticky indukovaná průhlednost, viz bulletin 15/2003). Nešlo ale o skutečné zastavení světla, nýbrž o uchování otisku pulsu ve spinové struktuře prostředí. Skupině vědců z Harvardovy university v USA se ale podařilo skutečně zcela zastavit světlo v parách rubidia ve formě stojaté elektromagnetické vlny.

Stojaté vlnění - zvláštní případ interference dvou vlnění se stejnými frekvencemi, která postupují proti sobě. Jsou-li amplitudy výchylek obou vlnění stejné, vznikne v prostředí stav, při kterém body prostředí kmitají s konstantními amplitudami a vlna se nešíří. Tyto amplitudy jsou v určitých bodech nulové (uzly), v jiných bodech mají trvale maximální hodnotu (kmitny). Polohy kmiten a uzlů se nemění a jsou navzájem posunuty o λ/4.

Koherence - fázový rozdíl interferujících vln v daném bodě prostoru zůstává konstantní v čase. Opakem koherence jsou nepravidelné a dostatečně rychlé změny fázového rozdílu interferujících vln. Ideální koherence nelze nikdy dosáhnout.

Braggův rozptyl - rozptyl světla na jakékoli periodické struktuře, například na krystalové mříži nebo na řadě atomů.

Vstřícné paprsky - paprsky postupující proti sobě v opačných směrech.

Princip

I v tomto případě se jedná o využití elektromagneticky indukované průhlednosti (EIT). Pro zopakování je třeba vědět, že páry rubidia nepropouští světlo s vlnovou délkou odpovídající energetickému přechodu 3-1 v obr. 1. V případě, že je do média vpuštěn řídící paprsek o vlnové délce odpovídající přechodu 3-2, stane se médium pro tuto vlnovou délku průhledné. Jestliže ve vhodný okamžik vypneme řídící paprsek, je informace o pulsu uchována ve spinové struktuře prostředí. Po opětovném zapnutí řídícího paprsku se puls obnoví a začne se šířit ve směru řídícího paprsku. Skupina z Harvardu, místo aby dopředný řídící paprsek vypínala, přišla s tím, že pro zastavení světla nechá médiem procházet dva vstřícné koherentní řídící paprsky. Koherence je důležitá proto, aby se v médiu vytvořila stojatá vlna s frekvencí řídícího paprsku (viz obr. 2). Taková stojatá vlna vytvoří v médiu uzly s nulovým polem, kde se informační puls nemůže šířit, ovšem v ostatních místech ano. Tyto uzly potom fungují pro světlo informačního pulsu jako zrcadla (Braggovská řada zrcadel) a celý puls je v takové řadě zrcadel uvězněn jako stojaté elektromagnetické vlnění. Připomeňme si, že v předchozích experimentech nebyl puls uvězněn jako elektromagnetická vlna, ale jako informace ve spinech atomů.

Obr. 1: Třístavový energetický diagram pro médium z rubidiových par, přechod 3-1 odpovídá vlnové délce ovládaného světla, přechod 3-2 řídícího světla (jak dopředného, tak zpětného).

Obr. 2: Stojaté vlnění vytvořené vstřícnými řídícími paprsky: černá čára odpovídá adsorpci média, místa s maximy odpovídají uzlům stojatého vlnění řídících paprsků, modrá reprezentuje obálku stacionárního informačního pulsu, červená jeho elektrické pole.

Experimentální provedení

Na obr. 3 je zobrazeno uspořádání experimentu. Zařízení se skládá ze dvou laserových zdrojů: řídícího a signálového, z komory obsahující pracovní médium par rubidia, z diagnostických senzorů a ze světlo ovládajících či upravujících prvků. Řídící paprsek může být vpuštěn do komory zleva, zprava, z obou směrů či může být úplně vypnut, signálový paprsek může být vpuštěn zleva, ale může opustit komoru zleva i zprava podle řízení.

Obr. 3: Experimentální zapojení pokusu skupiny v Harvardu. Jednotlivé symboly označují: PD – rychlé fotodiody, λ/4 a λ/2 - čtvrtvlnná a půlvlnná destička, AOM (Acousto-Optic Modulator) – akusticko optický modulátor, PBS (Polarizing Beam Spliter) – polarizační dělič paprsku.

Závěr

Je nutno podotknout, že puls nevydrží uchován v médiu libovolně dlouho, rozplývá se a degraduje s časovou konstantou řádu desítek mikrosekund. Nicméně se jedná o další krok v technologiích ovládání světla, které v budoucnu mohou nalézt uplatnění v široké škále oborů, které si dnes ani neumíme představit. Vyjmenujme například kvantovou kryptografii, kvantové počítače, atd. Prozatím jsou ale tato zařízení spíše ve fázi ranného vývoje a na masové uplatnění si budeme muset asi dlouhou dobu počkat.

Odkazy