Fizikai išmoko žongliruoti su šviesa. Jie sugeba sulėtinti ją iki pėsčiojo greičio, sustabdyti, o po to vėl paleisti didžiausiu gamtoje sutinkamu greičiu. Ir svarbiausia, kad visa tai darydami jie nepraranda nė trupinėlio šviesos pernešamos informacijos.

   Dviejuose paskutiniųjų žurnalų "Nature" ir "Physical Review Letters" numeriuose aprašytuose eksperimentuose šviesos impulsas, lekiantis 300 tūkst. km/h greičiu, patenka į rubidžio arba natrio atomų pripildytas kameras ir ten staiga sustoja. Pradžioje tas impulsas nusidriekia per keletą kilometrų. Kai jo priekis įlekia į kamerą ir ima staiga lėtėti, impulso galas vis dar skrieja beprotišku greičiu. Po to visas impulsas susitraukia iki centimetro, todėl nesunkiai sutelpa eksperimentinėje kameroje. Kai jis jau būna kameroje ir juda taip greitai, kaip į medų patekusi musė, fizikai, kontroliuojantys šį eksperimentą, dar labiau apsunkina jo judėjimą. Galiausiai impulsas visai sustabdomas. Maždaug po vienos milisekundės, kuri mikropasaulyje yra tolygi amžinybei, impulsas vėl "atitirpinamas". Išlekia iš kameros ir greitai vėl lekia šviesai prideramu greičiu. Nepaisant visų su juo atsitikusių peripetijų, jis išlieka lygiai toks pat, koks buvo pačioje pradžioje.

   Vienas dalykas yra tikras - šviesos fotonai yra pačios greičiausios ir geriausiai tinkančios informacijos pernešimui dalelės, bet jas saugoti nenusakomai sunku. Dėl to iki šiol teišnaudota tik labai nedidelė jų galimybių dalis, pavyzdžiui, šviesolaidžiuose, bet ir tai atvedė prie tikros telekomunikacijų revoliucijos.

   Ką apie šviesos impulsų sustabdymą pasakytų Einšteinas? Argi jo sukurtoji specialioji reliatyvumo teorija ne kategoriškai patvirtina, kad šviesos greitis yra pastovus? Taip, bet tik vakuume. Kai šviesa sklinda medžiaga, ji gali judėti lėčiau. Tą faktą apibūdina kiekvienai medžiagai būdingas parametras - lūžio rodiklis. Kuo didesnis lūžio rodiklis, tuo labiau sulėtėja šviesa. Bet tuo pačiu metu medžiagos, labiau stabdančios šviesos judėjimą, ir atomai ją labiau sugeria. Tokia medžiaga būna neskaidri šviesai, o šviesos judėjimas joje darosi panašus į bandymus braidžioti sirupe. Jei sirupas pasidarys labai tankus, tai bet koks judėjimas bus neįmanomas.

   Dviejose Kembridžo miesto (JAV) laboratorijose pavyko suderinti ugnį ir vandenį - rasti terpes, kurios būtų ne tik optiškai tankios, bet ir pakankamai skaidrios. Lenos Hau grupė iš Rowlando instituto "sirupu" pasirinko iš iki mažiau nei vienos milijoninės laipsnio dalies virš absoliutinio nulio atšaldytų natrio atomų debesėlį, o fizikai iš Smitsono astrofizikos centro užpildė savo kamerą rubidžio atomų garais, esančiais 70-90 ^oC temperatūroje.

   Normaliomis sąlygomis abi šios dujos būna neskaidrios. Bet tai galima pakeisti. Pakanka apšviesti dujas kitu valdymo šviesos pluošteliu, kuris tankiame atomų "sirupe" paskirtų kelią signalo impulsui, kurį norime sulėtinti. Tai yra vadinamasis indukuotasis skaidrumas. Valdantysis pluoštelis elgiasi kaip apsauginiai, skinantys kino žvaigždei kelią per gerbėjų minią. Bet jeigu tie sargybiniai staiga imtų ir dingtų, valdantysis lazeris išsijungtų ir prasiskverbti pro minią pasidarytų neįmanoma.

   Tuo ir buvo grindžiami abu eksperimentai. Šviesos impulsas netikėtai buvo pagautas į spąstus. Bet paaiškėjo, jog atomai fotonų nesugėrė, - kitaip impulsas būtų neatkuriamai sunaikintas. Visa impulso sandara buvo įrašoma atomų struktūroje.

   Mokslininkai tikisi, kad jų būdas tiks ateities įrenginiams, pavyzdžiui, kvantiniams kompiuteriams. Kvantiniai bitai arba kubitai bus šviesos impulsai. Teorija rodo, kad tokie kompiuteriai galės susidoroti su labai sudėtingais uždaviniais.

Literatūra:

1. D. F. Philips et al, "Storage of light in atom vapor", Phys. Rev. Lett., 86, p. 783 (2001).
2. C. Liu et al., "Observation of coherent optical information storage in an atomic medium using halted light pulses", Nature, 409, p. 490 (2001).

   Nedidelis vandenyje gyvenantis vikšras, vadinamas Afrodite, saugo paslaptis, kurios gali padėti pagerinti šviesolaidinę techniką, o mums visiems suteikti spartesnį ryšį. Bendra britų ir australų mokslinė grupė ištyrė šio vikšro sugebėjimą švytėti visomis vaivorykštės spalvomis.

   Afroditės vikšrai yra padengti nedideliais šeriais. Normaliomis sąlygomis tie šeriai yra tamsiai raudoni, bet įžambiai apšviesti jie įgyja mėlynus ir žalius atspalvius. Šeriai atspindi tas spalvas geriau nei brangakmenis opalas, anksčiau laikytas geriausiai šviesą atspindinčio natūralaus kristalo pavyzdžiu.

   Mokslininkai pritvirtino šerius prie plonų plokštelių ir juos ištyrė elektroniniu mikroskopu. Paaiškėjo, kad juos sudaro labai taisyklingi šešiakampiai vandens pripildyti vamzdeliai, kartu sudarantys kristalinį darinį. Šį darinį vertėtų pabandyti pamėgdžioti, sako mokslininkai. Pasitelkus vadinamąją nanotechnologiją būtų galima panašiai išdėstyti molekules ir gauti optines skaidulas su iki šiol nežinotomis savybėmis.

   Straipsnis apie tai paskelbtas žurnale "Nature".

   Silicio Slėnio, Kalifornijoje, kompanija Centerpoint Broadband Technologies Inc. pademonstravo veikiantį SONET (Synchronous Optical Network - sinchroniškas optinis tinklas, SDH amerikietiškas variantas) bei WDM (Wavelength Division Multiplexing - bangos ilgių sutankinimas) technologijoms. Ponešlių sutankinimo technologija SCM (Subcarrier Multiplexing) rugpjūčio mėnesį buvo pristatyta Denveryje vykusioje Nacionalinėje optikos inžinierių konferencijoje. Naudojant SCM technologiją daugelis skaitmeninių signalų sukaupiami viename moduliuotame radijo dažnių (RF) signale, kuris po to, pasitelkus vieną bangos ilgį, siunčiamas vienu optiniu kanalu (žr. pav.). SCM technologija yra suderinta su 100 GHz ir 50 GHz DWDM bei SONET technologijomis. Ją galima naudoti kaip šių technologijų alternatyvą arba kaip papildomą būdą, išplečiantį DWDM ir SONET galimybes.

   SCM naudoja šiuolaikinius RF modemus, leidžiančius pasiekti didesnės spartos ryšį tame pačiame dažnių juostos plotyje. SCM naudoja dažninę moduliaciją, tuo tarpu SONET - impulsinę, o WDM - bangos ilgio moduliaciją. Padalijus skaidulos pralaidą dažnių, o ne laiko srityje, galima išvengti ribojimų, sukeliamų konkretaus impulsų pasikartojimo dažnio. SCM technologija atkeliavo iš brandesnių ryšio technikos sričių: bevielio, palydovinio ir kabelinio ryšio, kuriuose seniai egzistuoja išbandyti skaitmeniniai grandynai. Kiekvienu bangos ilgiu galima nesunkiai perduoti iki 20 Gb/s spartos duomenų srautus.

   Toje pat konferencijoje Centerpoint taip pat papasakojo apie kitą technologiją - LENS (Lightwave Efficient Network Solution - efektyviai šviesos bangas išnaudojantis tinklo sprendimas). LENS aparatūra leidžia sumažinti tinklo komponentų, reikalingų sukaupiant viename bangos ilgyje daugelį signalų, skaičių be jokios papildomos esamo tinklo rekonstrukcijos. LENS tinka bet kokios topologijos vietiniams ir regioniniams tinklams.

   Atrodo, jog dvi nepriklausomos japonų mokslininkų grupės vienu metu sukūrė panašius WDM taikymams skirtus perderinamuosius lazerius. Abiejose konstrukcijose rasime aštuonis paskirstytojo grįžtamojo ryšio (DFB - Distributed FeedBack) lazerius, pagamintus vientisame InGaAsP padėkle, abiejose visos aštuonios išvestys yra suvedamos į vieną, naudojant 8 x 1 optinį daugiamodės interferencijos (MMI - MultiMode Interference) atšakiklį. Negana to, abiejose konstrukcijose bendroje išvestyje yra puslaidininkinis optinis stiprintuvas (SOA - Semiconductor Optical Amplifier). Beje, yra ir tam tikrų skirtumų.

   Viename iš šių prietaisų, sukurtame Fujitsu laboratorijose, yra aštuoni atskiri lazerinių diodų bangolaidžiai, kuriuos plokštumoje vieną nuo kito skiria 240 µm; jų išvestys sueina į vieną daug siauresnį bangolaidį. Kiekvienas lazeris generuoja 30 mW galios spinduliuotę, jų bangos ilgiai skiriasi vienas nuo kito per 3,18 nm (1535-1558 nm spektriniame diapazone), o į šviesolaidį išvestyje patenka 10 mW kiekvieno bangos ilgio spinduliuotės.

   NEC Optoelektronikos laboratorijoje pagamintame prietaise yra papildomas elektrooptinis moduliatorius, veikiantis iki 2,5 Gb/s dažnio. Aštuoni diodai vienas nuo kito nutolę tik per 80 µm, todėl juos galima suvesti į MMI atšakiklį be jokių papildomų S raidės formos lankstų. Šio prietaiso išvesties galia yra 7 mW, o jo generuojamus bangų ilgius galima derinti 1552,5-1567,8 nm spektriniame ruože.

   Keistas kristalas, kurio paviršius keičia savo formą jį apšvietus, buvo aptiktas japonų mokslininkų. Formą galima atstatyti pašvietus į kristalą kito bangos ilgio šviesa. Specialistai mano, kad šią medžiagą bus galima panaudoti paskirstant signalus optiniuose ryšio tinkluose.

   Masahiro Irie vadovaujama grupė iš Kyushu universiteto Fukuokos mieste pastebėjo, kad šviesa keičia diaryleteno kristalo paviršių. Apšvietus vieną tokio bespalvio kristalo paviršių 366 nm bangos ilgio ultravioletine spinduliuote jame susidarydavo nuo 5 iki 10 laiptelių seka. Kiekvieno laiptelio aukštis buvo apie 1 nm - maždaug vienos molekulės dydžio. Laipteliai buvo stabilūs, kol jų neapšviesdavo matoma šviesa, kurios bangos ilgis buvo didesnis nei 500 nm - tuomet paviršius vėl išsilygindavo.

   Šis kristalas taip pat buvo fotochromiškas: šviečiant ultravioletine spinduliuote jis pamėlynuodavo, o matomoji šviesa vėl padarydavo jį bespalvį. Mokslininkai sugebėjo perjunginėti kristalą tarp dviejų spalvinių būsenų daugiau kaip 10 000 kartų.

   Molekulės yra fotochromiškos tuomet, kai šviesa verčia jas iš vienos į kitą, skirtingai sugeriančią šviesą formą. Fotochromiškuose saulės akiniuose šis reiškinys yra panaudojamas pasitelkus molekules, kurios tamsėja ryškioje saulės šviesoje, o šviesai pritemus praskaidrėja.

   Kituose kristaluose šviesa gali sukelti chemines reakcijas, bet keičiantis molekulių formai kristalai paprastai išyra. Tai neatsitiko su Irie naudotu kristalu.

   Optikos žinovai sako, kad kintančios formos paviršius galima panaudoti paskirstant optinius signalus be jokios papildomos elektronikos arba gaminant mikroelektromechanines sistemas, neturinčias judančių dalių.