Deja acum aproape un secol și jumătate, a devenit limpede pentru omenire că lumina este un val electromagnetic. În primul rând acest ghicit Maxwell când a primit soluția lui ondulator celebru de ecuații și se calculează viteza acestor valuri, o valoare foarte apropiată de cea măsurată la momentul viteza luminii. Scot imediat sugerat că lumina este o undă electromagnetică, iar frecvența oscilațiilor sale, determină proprietățile în special culoarea luminii (în acel moment erau cunoscute doar două tipuri de fascicule luminoase - vizibil și infraroșu).
În orice manual de fizica scris că undelor electromagnetice, dacă undele radio, lumina, sau raze X greu, este o pereche de câmpuri electrice și magnetice, care sunt transformate în mod continuu între ele și, prin urmare, să sprijine propagarea unui val. Vectorii electrici și magnetici sunt direcționați perpendicular unul spre celălalt și spre direcția propagării undelor și oscilează continuu, susținându-se reciproc.
Electricitatea este mai vizibilă decât magnetismul
Ar putea părea de necrezut, dar, în practică, o astfel de idee a lumii nu a fost testată experimental. Desigur, la sfârșitul secolului al XIX-lea, la scurt timp după moartea lui Maxwell, german Heinrich Hertz a reușit să obțină un val similar de frecvență mult mai mici (în termeni moderni, era unda radio al benzii UHF) și a demonstrat astfel existența undelor Maxwell a prezis.
Cu toate acestea, în ceea ce privește lumina însăși, prezența unei componente magnetice în aceste valuri nu a fost încă prezentată experimental. Există un motiv simplu pentru aceasta: componenta electrică a undei, deși poartă aceeași energie ca cea magnetică, o transferă mai ușor către particulele încărcate. Anume, la expunerea la particule încărcate, în cele din urmă toți detectorii de lumină se bazează - cel puțin o matrice CCD la modă, chiar și un ochi uman.
Henry Hertz în miniatură
Echipamentele și tehnicile folosite de olandezi sunt surprinzător de asemănătoare cu cele cu ajutorul cărora Hertz a creat primele unde electromagnetice create de om. Pentru a dovedi natura valurilor semnalelor generate de descărcarea electrică, el a creat un așa-numit val în picioare, blocându-l între două oglinzi de zinc. A a detectat câmpul electromagnetic Hertz cu ajutorul unui inel metalic cu o fantă în care valul a accelerat curentul; dacă era destul de puternic, o scânteie a sărit în slot, observată de un fizician german.
Burresi a folosit de asemenea un val în picioare și un inel cu o fantă, numai dimensiuni microscopice, de mii de ori mai subțiri decât un fir de păr uman. În rolul inelului acționat de acoperire metalic pe un vârf microscop sonda de scanare, și o fantă în ea a cărei lățime este de numai 40 de nanometri, au un debit etch ion concentrat. Oamenii de știință au coborât sonda la 20 nm de la ghidul de undă, unde sa propagat un fascicul laser cu o lungime de undă de 1550 nm; acesta este intervalul apropiat de infraroșu, iar tehnologia optică este folosită pentru a lucra cu o astfel de lumină, și nu cu radiofizică.
Desigur, nimeni în fizică nu se îndoia că lumina era un val electromagnetic. Cu toate acestea, prin detectarea câmpului magnetic al unui val de lumină, oamenii de știință au demonstrat capacitatea de a măsura câmpuri nesemnificative care oscilează cu frecvențe uriașe caracteristice gama optică.
Un astfel de control proprietățile câmpului electromagnetic este o necesitate, dacă sunt serioase despre crearea unui „plafon de invizibilitate“ lentile superresolution și alte minuni pe care l-am promis crearea de metamateriale care operează în domeniul optic. Între timp, promisiunile de metamateriale teorie, inclusiv celebra pălărie de invizibilitate, care este complet ascuns obiect cilindric, provocând fluxul de undele electromagnetice din jurul ei, a fost posibil să se realizeze numai în radio și cuptoare cu microunde.
Nu există nicio limitare fundamentală pentru trecerea la domeniul optic, dar până acum oamenii de știință nu au reușit să controleze proprietățile electrice și magnetice cu precizia necesară pentru metamaterialele optice. Crearea unor astfel de materiale este nanotehnologia de cea mai înaltă ordine. Și echipamentul și tehnica creată de Burrezy și colegii săi - exact ceea ce este necesar pentru astfel de măsurători.
Procedura de măsurare
Pentru a măsura câmpul magnetic al unui val de lumină, cercetătorii secundare excitat oscilații val de lumina ale vectorului magnetic al undei staționare în vecinătatea waveguide și faza sa este măsurată prin metoda interferometric.
În ciuda faptului că fasciculul laser sa deplasat de-a lungul ghidului de undă, un câmp electromagnetic de aceeași frecvență sa propagat și în afara acestuia. Astfel de valuri sunt numite neomogene și este extrem de dificil să le fixăm, deoarece amplitudinea undei neomogene cade foarte rapid cu distanța de la limita ghidului de undă. Acesta a fost acest câmp electromagnetic care a creat valul stator în interiorul sondei microscopului (ca "oglinzi" în loc de foile de zinc ale Hertz suprafața interioară a sondei și limita ghidului de undă lucrat).
În picioare undei electromagnetice este oarecum diferit de unda de deplasare, acest lucru se datorează diferențelor de condiții la limită și în cele din urmă să reacționeze câmpurile electrice și magnetice ale conductoarelor ( „oglinzi“). Vârfurile de undă staționară oscilații de câmp electric și magnetic difera - unde câmpul magnetic la ventru, la nodul electric și invers (în maximele undă și minimele câmpurilor electrice și magnetice spațial) să coincidă. Aceasta a permis sondei mobile să măsoare câmpul magnetic, apoi câmpul electric al valului original.
Pentru a măsura câmpul, oamenii de știință au folosit "inelul cu un slot". Cu magnetic și câmpul electric determină cheltuieli în ring să se miște, dar din cauza fantelor bucla de curent nu este închisă, ceea ce duce la redistribuirea de încărcare: electronii liberi merge apoi pe o parte a inelului, atunci celălalt și înainte și înapoi taxele rula cu frecvența câmpului extern, care este un val de lumină. Această mișcare generează în cele din urmă un alt val - aceeași frecvență, dar nu neapărat aceeași fază: faza depinde de locul unde se află sonda.
Acest val a fost amestecat cu un val de referință extras anterior din aceeași rază laser care intră în ghidul de undă folosind o oglindă semitransparentă. Aditivul pe care valul îl dă de la sondă afectează intensitatea luminii datorită interferenței valurilor de aceeași frecvență. Mișcarea sondei a făcut astfel semnalul mai slab, apoi mai puternic, iar faza acestor oscilații a făcut posibilă înțelegerea câmpului măsurat.
Schema descrisă este simplificată și nu ia în considerare polarizarea undelor. O descriere completă poate fi găsită în textul din textul Știință și în anexa sa metodică.
Există o înțelepciune specială care trebuie câștigată!
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: