Luftig stråle

Luftstråle er en ikke - diffraktionsbølgeform , der fremstår som en stråle , der bøjes, når den udbreder sig.

Fysisk beskrivelse

I tværsnit er den luftige stråle det område, der tegner sig for hovedintensiteten, lysstyrken af naboområder falmer gradvist og konvergerer til nul i det uendelige. I praksis afkortes strålen for at opnå endelige værdier i et begrænset område.

Når den forplanter sig, bliver den luftige stråle ikke diffrakteret , det vil sige, at den ikke sløres. Denne stråle er karakteriseret ved fri acceleration : når den udbreder sig, afviger den fra sin oprindelige retning og danner en parabelbue .

Historie

Udtrykket "Airy ray" kommer fra det luftige integral , introduceret i 1838 af George Biddell Airy for at forklare optiske ætsninger , såsom dem, der fremstår som regnbuer [1] .

Eksistensen af Airy ray blev først teoretisk foreslået af Michael Berry og Nandor Balazs i 1979. De demonstrerede en løsning i form af en ikke-spredende Airy-bølgepakke til Schrödinger-ligningen [2] .

For første gang lykkedes det for forskere ved University of Central Florida at skabe og observere den luftige stråle i form af en- og todimensionelle konfigurationer i 2007. Holdet omfattede Georgios Siviloglou, John Broky, Aristide Dogariu og Demetrios Christodoulides [ 1 ] .

I det endimensionelle tilfælde er Airy-strålen den eneste bølgeformsbevarende accelererende løsning af Schrödinger-ligningen for en fri partikel (det samme gælder for den todimensionelle bølgeoptik af paraaksiale stråler). Men i to dimensioner (eller for tredimensionelle paraaksiale optiske systemer) er to løsninger mulige: todimensionelle luftstråler og accelererende parabolske stråler [3] .

Matematisk beskrivelse

Schrödinger-ligning i fravær af potentiale :

i{\frac {\partial \Phi }{\partial \xi ))+{\frac {1}{2}}{\frac {\partial ^{2}\Phi }{\partial \,s^{2 }}}=0

har følgende ikke- dispersive luftige opløsning [4] :

$\Phi (\xi ,\,s)=\operatørnavn {Ai}(\,s-(\xi /2)^{2})\exp(i(\,s\xi /2)-i(\xi ^{3}/12)),$

hvor

Ai er den luftige funktion ;
$\Phi$ er hylsteret af det elektriske felt ;
$s=x/x_{0}$ er den dimensionsløse tværgående koordinat;
$x_{0}$ — vilkårlig tværgående skala;
$\xi =z/kx_{0}^{2}$ er den normaliserede udbredelsesafstand (langsgående koordinat);
$k=2\pi \,n/\lambda _{0}$

Eksperimentel observation

Georgios Siviloglou et al. skabte med succes Airy optiske stråle i 2007. For at opnå luftig udbredelse blev en stråle med en Gauss-fordeling moduleret med en rumlig lysmodulator . Resultatet blev optaget på et CCD-kamera [1] .

I 2013 blev den luftige elektronstråle opnået for første gang [5] .

Ansøgning

Forskere ved University of St. Andrews brugte den luftige stråle til at manipulere små partikler langs linjer og rundt om hjørner. Dette kan finde anvendelse i mikrofluidik og cellebiologi [6] .

Se også

Bessel bjælke

Noter

↑ 1 2 3 [ "Forskere foretager første observation af luftige optiske stråler" (eng.) . Hentet 27. maj 2012. Arkiveret fra originalen 6. juni 2011. (ubestemt) "Forskere foretager den første observation af luftige optiske stråler" (engelsk) ]
↑ M. V. Berry , N. Balazs , "Nonspreading wave packets" , American Journal of Physics 47 (3), 1979, s. 264-267 _
↑ M. A. Bandres. Accelererende parabolske stråler. Opt. Lett. 33, 1678-1680 (2008).
↑ - "Observation af accelererede luftige stråler "
↑ Luftig elektronstråle opnået for første gang. Arkiveret 27. februar 2013 på Compulent Wayback Machine 25. februar 2013
↑ PhysOrg.com: "Lys kaster en bold i en kurve" Arkiveret 6. juni 2011 på Wayback Machine 29. september 2008. (Engelsk)