Как сделать зеркало Эйнштейна?
24 октября 2020
В своей знаменитой статье 1905 года, где были сформулированы основы специальной теории относительности, Эйнштейн рассмотрел мысленный эксперимент, в котором свет отражается от зеркала, движущегося с околосветовой скоростью. Он показал, что длина волны света должна уменьшаться при отражении, например, красный свет может отразиться зеленым или синим, в зависимости от скорости зеркала. Эффект можно было бы использовать для создания перестраиваемых источников света, но как разогнать зеркало до околосветовой скорости? Попытки использовать в качестве зеркала пучки релятивистских электронов или движущиеся плазменные сгустки оказались неудачными из-за слабой отражательной способности таких зеркал. С приходом в конце 20-го века эры фемтосекундных лазеров появилась возможность создавать резкие движущиеся границы в веществе – фронты ионизации, отделяющие неионизованное вещество от созданной в нем лазерным импульсом плазмы. Оказалось, что отраженная от фронта ионизации электромагнитная волна испытывает предсказанное Эйнштейном изменение длины волны, хотя само вещество при этом не двигается.
Для практического применения фронтов ионизации в качестве зеркала Эйнштейна необходимо обеспечить высокую плотность плазмы за фронтом, его распространение на достаточно большое расстояние и возможность управлять скоростью фронта. Ученым радиофизического факультета ННГУ при участии исследователя из ИПФ РАН удалось найти решение этой задачи. Они предложили создавать фронты ионизации в кристалле ZnS за счет трехфотонного поглощения импульсов титан-сапфирового лазера, специальным образом скошенных путем пропускания их через дифракционную решетку. Скошенные импульсы представляют собой световую «лепешку» диаметром в несколько миллиметров и толщиной в сотые доли миллиметра, скорость движения которой направлена под углом (скошена) по отношению к плоскости «лепешки». Изменяя угол скоса, можно изменять скорость параллельного переноса плоскости «лепешки», а значит, и создаваемого ею фронта ионизации. Распространение фронта на достаточно большое (сотни микрон) расстояние обеспечивается при этом трехфотонным механизмом ионизации, а большая плотность плазмы за фронтом (до 1019 см-3) – высокой интенсивностью лазерного импульса. Численное моделирование показало, что созданные предложенным способом фронты ионизации могут служить эффективными конверторами терагерцового света. Отраженный от фронта терагерцовый импульс может испытывать многократное сжатие и уменьшение длины волны практически без уменьшения амплитуды. Практическая реализация конверторов подобного типа позволит адаптировать излучение существующих терагерцовых источников к таким новейшим приложениям терагерцовых полей, как ускорение ими заряженных частиц, сверхбыстрое управление намагниченностью вещества и нелинейная терагерцовая спектроскопия. Результаты работы опубликованы в журнале первого квартиля (Q1) Optics Express,
Авторы работы: Курников М.А. (ННГУ), Новоковская А.Л. (ННГУ), Ефименко Е.С. (ИПФ РАН), Бакунов М.И. (ННГУ).
Источник: ННГУ
09 марта 2024