Rimto mokslinio straipsnio santraukoje nedažnai sutiksi
posakius "nelaukti ir stulbinantys fizikiniai
reiškiniai". Naujausias fotoninių
kristalų tyrinėjimo pionieriaus Johno
Joannopoulos ir jo bendradarbių straipsnis žurnale
"Physical Review Letters" nenuvilia skaitytojo. Mokslininkai
pasakoja apie galimybę visiškai valdyti šviesą - apie tai, kaip beveik 100
proc. efektyvumu keisti šviesos pluošto
dažnį į bet kokią spalvą.
Profesorius Eli Yablonovitch iš Kalifornijos universiteto Los
Angeles sako: "Iš tiesų, šviesos valdymo
mastas yra pribloškiantis. Jeigu šį
efektą pavyks panaudoti, jis sukels revoliuciją daugelyje technikos sričių,
pavyzdžiui, verčiant šilumą šviesa arba
generuojant garsiąją terahercinę
spinduliuotę."
Šiuo metu pakeisti šviesos
pluošto dažnį galima tik vienu būdu -
pasiunčiant kartu su juo kitą, labai
galingą (megavatinį ar net
gigavatinį) šviesos impulsą. Jis sąveikauja su
pirmuoju pluoštu ir keičia jo dažnį,
bet tokia parametrinio generavimo technologija yra brangi, jai reikia
brangios įrangos ir, tiesą sakant, yra
beviltiškai neefektyvi.
Kaip raudonos spalvos spinduliuotė verčiama į žalią
Joannopoulos ir jo kolegos Evanas Reedas bei Marinas Soljacicius
tyrinėdami, kas vyksta, kai prietaisu, vadinamu fotoniniu kristalu,
sklinda smūginė banga, aptiko visai
nelauktą reiškinį. Fotoniniai kristalai yra
sudaromi sluoksniuojant medžiagas su skirtingais lūžio rodikliais; tie
sluoksniai gali vienų dažnių šviesą
atspindėti, o kitų dažnių šviesą praleisti. Jie
yra naudojami valdant šviesos sklidimą įvairiais optiniais grandynais.
Grupės atliktas kompiuterinis modeliavimas parodė, kad
kristalu sklindančios smūginės bangos jį
suspaudžia ir keičia jo savybes.
Pavyzdžiui, kristalas, kuris normaliomis
sąlygomis praleidžia raudoną šviesą,
bet atspindi žalią, suspaustas gali
tapti pralaidžiu žaliai šviesai, bet
atspindėti raudoną.
Mokslininkai aptiko, kad specialiai sukonstravus fotoninio kristalo
darinį, į jį krintanti šviesa gali būti
pagaunama ties smūginės bangos riba. Ji pirmyn atgal atsispindės tarp
suspaustosios ir nesuspaustosios kristalo dalių lyg patekusi į
"veidrodžių kambarį".
Kadangi kristalu sklinda smūginė banga, kiekvieno atspindžio
metu šviesa patiria Dopplerio poslinkį.
Jei smūginė banga sklinda ta pačia
kryptimi, kaip ir šviesa, šviesos dažnis
po kiekvieno atspindžio sumažės, jei
priešinga - išaugs.
Maždaug po 10 000
atspindžių, užtruksiančių apie 0,1 ns, šviesos
dažnis gali pakisti: iš raudonos ji gali
pasidaryti mėlyna, arba iš matomos - infraraudona. Keičiant kristalo
sandarą, galima tiksliai nustatyti, kurie
dažniai pateks į kristalą, o kurie jį paliks.
Kartu su Lawrence Livermore nacionaline laboratorija grupė
dabar bando pademonstruoti efektą eksperimentiškai. Pradžioje smūginės
bangos bus sukuriamos šaudant į fotoninį kristalą kulkomis. Jos, aišku,
kristalą sunaikins, bet prieš tai bus
galima pastebėti ar pakito šviesos
dažnis. Vėliau tą patį bus bandoma atlikti
ir naudojant garso bangas.