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Apr 07, 2023

科学者たちはレーザー光線を曲げて、この詳細な猫の画像を作成しました

Jennifer Ouellette - 15 agosto 2022 20:41 UTC Ogni proprietario di gatti lo sa.

ジェニファー・ウエレット - 2022 年 8 月 15 日午後 8 時 41 分 UTC

猫の飼い主なら誰でも、飼い猫がシンプルなレーザーポインターからの小さなピンポイントの光を追いかけることにどれほど喜びを感じているかを知っています。 今回、ブラジルの物理学者たちは、レーザー光を捕らえて複雑な形状に曲げる方法を発見し、上の写真のような印象的な写実的な猫の画像を作り出しました。 他の潜在的な応用例の中でも、物理学 arXiv に投稿された最近の論文で説明されている彼らの方法は、さまざまな量子実験用に超低温原子の雲を作成するためのより優れた光トラップを構築するのに役立つことが証明される可能性があります。

共著者であるサンパウロ大学のペドロ・シルバ氏とセルジオ・ムニス氏によると、レーザービームの形状を高い忠実度で生成し、正確に制御する能力は、研究や産業の多くの分野にとって極めて重要だという。 彼らは、ほとんどの波面工学アプローチを 2 つの基本カテゴリに分類します。

1 つ目は、デジタル マイクロ ミラー (DMD) や音響光変調器 (AOM) などのアプローチで、実装が簡単で、ほぼリアルタイムのフィードバック制御に対する高速応答を誇ります。 しかし、ライトフィールドの位相を制御する能力には限界があり、特定の種類の構造化された光を作成することはできません。 また、スペックル、回折、その他の歪みが発生しやすいです。

2 番目のグループには、ホログラフィーとさまざまな位相制御手法が含まれており、位相構造の光とベクトル ビームを作成できます。 その代償として、制御速度が遅くなり、リアルタイムのフィードバックが欠如します。 Silva と Muniz は、DMD と AOM の望ましい機能のいくつか、特にピクセル間のマッピング、光パターンの単純なエンコード、より高速なフィードバック、およびより正確な制御を実装する位相制御アプローチを考案したいと考えていました。

基本的に、彼らは 2007 年に提案された以前の方法を改良して、より鮮明で滑らかな結果を得ました。 彼らは、空間光変調器の目的を果たす液晶の方向に一致するようにダイオードレーザーを偏光させました。 彼らは電磁場を使って結晶を組織化し、一連のプリズムを作り出すことができた。 変調器をプログラムすることで、Silva と Muniz はこれらのプリズムを使用して、いくつかの任意の幾何学的形状と、完全に詳細な猫の画像を作成できるようになりました。

著者らは、「説明した方法を使用すると、単純で平坦な幾何学的形状を作成できるだけでなく、詳細な強度分布を備えた複雑で特徴が豊富な画像も作成できることを実証する実験結果を示します」と書いている。 そして、彼らの方法は、より高出力のパルスレーザーやさらには超高速レーザーからのビームを成形するために適用される可能性があります。

有用なアプリケーションには、光パターニングやリソグラフィーのほか、量子効果のシミュレーションに最適なボース アインシュタイン凝縮 (BEC) などのシステムを作成するための超低温原子の光トラップが含まれます。 たとえば、BEC はレーザーが光子を増幅するのと同じ方法で原子を「増幅」できるため、科学者は量子物理学の奇妙で小さな世界を虫眼鏡を通して見ているかのように研究できるようになります。 物理学者は、BEC で「量子ノット」を結び、形成後すぐに渦に変わる前に、ノットがどのように減衰するか、つまり「解ける」かという動画を作成することさえできました。

ただし、これらは壊れやすい量子システムであるため、慎重に操作する必要があります。 したがって、欠陥があると原子が量子状態から外れてしまうため、光トラップは非常に滑らかで正確でなければなりません。

「正直に言うと、超低温原子や猫の写真を使って何ができるかについて良いアイデアはありませんが、これは非常に細かく正確な機能を実行できることを示すための代用のようなものです」とムニス氏は述べた。と『ニュー・サイエンティスト』誌に語った。 「私たちはこのような見栄えの良い猫の画像を作成することができますが、このシステムを使用して、（閉じ込められた超低温原子を使用して）電子と超伝導の量子シミュレーションを行うこともできます。」

DOI: arXiv、2022。10.48550/arXiv.2204.09724 (DOI について)。

PF Silva と SR Muniz によるリスト画像、2022 年