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Nov 16, 2023

과학자들은 고양이의 상세한 이미지를 만들기 위해 엄청난 레이저 빔을 구부렸습니다.

Jennifer Ouellette - 2022년 8월 15일 오후 8:41 UTC 모든 고양이 주인은 알고 있습니다.

Jennifer Ouellette - 2022년 8월 15일 오후 8:41 UTC

모든 고양이 주인은 고양이 동료가 간단한 레이저 포인터에서 아주 작은 빛을 쫓는 것을 얼마나 좋아하는지 알고 있습니다. 이제 브라질 물리학자들은 레이저 빛을 가두어 복잡한 모양으로 구부리고 위 사진에 있는 고양이의 인상적인 사실적인 이미지를 생성하는 방법을 알아냈습니다. 다른 잠재적 응용 분야 중에서 물리학 arXiv에 게시된 최근 논문에 설명된 그들의 방법은 다양한 양자 실험을 위해 초저온 원자 구름을 생성하기 위한 더 나은 광학 트랩을 구축하는 데 유용할 수 있습니다.

공동 저자인 상파울루 대학의 Pedro Silva와 Sergio Muniz에 따르면, 높은 충실도로 레이저 빔의 모양을 생성하고 정밀하게 제어하는 ​​능력은 연구 및 산업의 여러 부문에 필수적이라고 합니다. 그들은 대부분의 파면 엔지니어링 접근 방식을 두 가지 기본 범주로 분류합니다.

첫 번째에는 구현하기 쉽고 거의 실시간 피드백 제어를 위한 빠른 응답을 자랑하는 디지털 마이크로 미러(DMD) 및 음향 광학 변조기(AOM)와 같은 접근 방식이 포함됩니다. 그러나 그들은 빛 필드의 위상을 제어하는 ​​능력이 제한되어 있으며 특정 종류의 구조화된 빛을 생성할 수 없습니다. 또한 반점, 회절 또는 기타 왜곡이 발생하기 쉽습니다.

두 번째 그룹에는 위상 구조 조명과 벡터 빔을 생성할 수 있는 홀로그래피와 다양한 위상 제어 방법이 포함됩니다. 단점은 제어 속도가 느리고 실시간 피드백이 부족하다는 점입니다. Silva와 Muniz는 DMD 및 AOM의 바람직한 기능 중 일부(특히 픽셀 간 매핑, 간단한 조명 패턴 인코딩, 더 빠른 피드백 및 더 정확한 제어)를 구현하는 위상 제어 접근 방식을 원했습니다.

본질적으로 그들은 더 선명하고 부드러운 결과를 얻기 위해 2007년에 제안된 이전 방법을 개선했습니다. 그들은 공간 광 변조기의 목적에 맞는 액정의 방향과 일치하도록 다이오드 레이저를 편광시켰습니다. 그들은 일련의 프리즘을 만들기 위해 전자기장으로 결정을 조직할 수 있었습니다. 변조기를 프로그래밍함으로써 Silva와 Muniz는 이러한 프리즘을 사용하여 여러 가지 임의의 기하학적 모양과 완전히 상세한 고양이 이미지를 만들 수 있었습니다.

"우리는 설명된 방법을 사용하여 단순하고 평평한 기하학적 모양을 만들 수 있을 뿐만 아니라 상세한 강도 분포를 가진 복잡하고 특징이 풍부한 이미지를 만들 수 있음을 보여주는 실험 결과를 보여줍니다."라고 저자는 썼습니다. 그리고 그들의 방법은 고출력 펄스 레이저 또는 초고속 레이저의 빔을 형성하는 데 적용될 수 있습니다.

유용한 응용 분야에는 광학 패터닝 및 리소그래피뿐만 아니라 양자 효과 시뮬레이션에 이상적인 Bose-Einstein 응축물(BEC)과 같은 시스템을 생성하기 위한 초저온 원자의 광학 트래핑이 포함됩니다. 예를 들어, BEC는 레이저가 광자를 증폭시키는 것과 같은 방식으로 원자를 "증폭"할 수 있으므로 과학자들은 마치 돋보기를 통해 보는 것처럼 이상하고 작은 양자 물리학의 세계를 연구할 수 있습니다. 물리학자들은 BEC에서 "양자 매듭"을 묶고 매듭이 어떻게 붕괴되는지, 즉 형성 직후 소용돌이로 변하기 전에 스스로 "풀어지는" 영상을 만드는 데 성공했습니다.

그러나 이는 취약한 양자 시스템이므로 주의해서 조작해야 합니다. 따라서 결함이 있으면 원자가 양자 상태에서 벗어나게 되므로 광학 트랩은 매우 부드럽고 정확해야 합니다.

"솔직히, 초저온 원자로 할 수 있는 일이나 고양이 사진을 사용하여 할 수 있는 일에 대한 좋은 아이디어는 없지만 매우 정밀하고 정밀한 기능을 수행할 수 있다는 것을 보여주는 일종의 대리자입니다."라고 Muniz는 말했습니다. 뉴 사이언티스트에게 말했다. "우리는 고양이의 멋진 이미지를 만들 수 있지만 이 시스템을 사용하여 전자 및 초전도성(갇힌 초저온 원자를 사용하여)의 양자 시뮬레이션을 수행할 수도 있습니다."

DOI: arXiv, 2022. 10.48550/arXiv.2204.09724 (DOI 정보).

PF Silva 및 SR Muniz의 목록 이미지, 2022