Поляритоны сделали свет когерентным

Пространственную когерентность света в опыте Юнга можно контролировать с помощью поляритонов. Используя этот подход, физикам из университета Брауна удалось превратить полностью некогерентный свет в скоррелированный на восемьдесят процентов. Статья опубликована в Science Advances.

Пространственная когерентность светового пучка — величина, показывающая, насколько фаза волны отличается в разных точках волнового фронта. Измерить когерентность можно с помощью схемы Юнга, в которой пучок света проходит через непрозрачный экран с двумя щелями и формирует интерференционную картину на бесконечности (или на другом экране). В зависимости от того, насколько отличаются фазы света, проходящего через разные щели, видность интерференционных полос будет различной — тем лучше, чем выше пространственная когерентность пучка. В новой работе ученые модифицировали схему Юнга и научились изменять когерентность света.

Для этого они взяли в качестве непрозрачного экрана тонкую (около двухсот нанометров) серебряную фольгу. Под действием магнитного поля падающей волны возле каждой из щелей образуются поляритоны, которые движутся затем в сторону противоположной щели. Оказывается, это вносит вклад в когерентность проходящего через щели света, причем ее можно регулировать, меняя расстояние между щелями и длину волны падающего излучения. Также с помощью изменения поляризации света можно контролировать образование поляритонов.

Металлическую пленку физики получили осаждением серебра на стеклянную поверхность, предварительно покрытую титановым слоем. Ширина щелей в фольге составила 15 нанометров, расстояние между ними изменялось от 0,5 до 9,525 микрон. Суммарно ученые изготовили 362 двухщелевых интерферометра, которые участвовали в опыте одновременно. Пространственная когерентность падающего излучения регулировалась с помощью изменения угла наклона ксеноновой лампы к коденсору (так называемое освещение Кёлера, Köhler illumination).

Главным результатом данной работы является то, что путем изменения расстояния между  щелями или длины волны падающего излучения ученые добились значительного изменения когерентности света, превратив полностью некогерентный свет в коррелированный на 80 процентов. В результате интерференционная картина стала четко различимой для всех исследуемых длин волн. 

Также ученые предложили теоретическую модель явления и нашли, как зависит когерентность прошедшего через щели света от констант связи поляритонов и длины волны падающего излучения. Грубо говоря, когерентность в данном опыте меняется из-за того, что образующиеся поляритоны заставляют щели «разговаривать друг с другом» и координировать фазу проходящего через них света.

Физики и раньше пытались контролировать когерентность света с помощью поляритонов, но во всех предыдущих опытах значительной коррекции добиться не удалось. Также ученые разработали материал, в котором когерентный свет удалось получить с помощью большого числа небольших отверстий (размером порядка длины волны).

О том, какую роль когерентность играет в квантовом мире, вы можете прочитать в нашем специальном материале.

Дмитрий Трунин