Пластина с волноводом овального поперечного сечения и конической формы
в продольном направлении. На врезках вверху и внизу – входное и выходное
отверстие, справа – продольный разрез. Масштабная линейка на основном
снимке – 50 мкм, на правом – 1 мкм
Новое микроскопическое устройство сыграло для света роль воронки,
не только концентрирующей поток, но и меняющей его частоту.
Воронка
в данном случае — это не просто механическая аналогия. Группа учёных из
Южной Кореи, Германии и США действительно построила пустотелый конус из
серебра. Этот конус длиной в несколько микрометров был заполнен
ксеноном.
В ходе опыта с широкой стороны воронки в неё поступали
импульсы инфракрасного излучения. Электромагнитные силы от световых волн
производили в поверхностном слое металла волны плотности электронов
(поверхностные плазмонные поляритоны), которые принимались бежать
к узкому концу воронки, попутно концентрируясь.
Усиленные
поляритоны, в свою очередь, формировали внутри воронки очень мощные
поля, в несколько сотен раз сильнее, чем поля в падающем инфракрасном
свете. В результате от атомов ксенона отрывались электроны и вновь
возвращались к ним, генерируя при этом мощные импульсы ультрафиолета.
Ультрафиолетовое
излучение с длиной волны до 20 нм выходило из узкого конца воронки,
который также служил преградой для инфракрасных волн, ведь диаметр
выходного отверстия серебряного конуса составлял 100 нм, а длина
исходного ИК-излучения – 800 нм.
Схема работы конуса. Слева поступает
инфракрасный луч (показан красным цветом). Он возбуждает в воронке
поверхностные поляритоны, которые концентрируются воронкой и резко
наращивают свою силу (красно-жёлтые волны). Эти поляритоны влияют на
атомы ксенона (зелёный цвет), генерирующие сверхкороткие импульсы
ультрафиолета (фиолетовый цвет). Последние покидают воронку с узкого
конца.
По информации
PhysOrg.com, на выходе своей установки физики получили импульсы
ультрафиолета длительностью всего несколько фемтосекунд каждый (фемто –
10-15) с очень высокой частотой следования — 75 миллионов раз в секунду.
Авторы
эксперимента предполагают, что эти фемтосекундные вспышки на деле
представляю собой пакеты импульсов, длящихся аттосекунды (атто — 10-18).
Вместе
с высокой частотой повторения это свойство генерируемого воронкой
излучения открывает заманчивые перспективы для физических исследований.
Учёные говорят, что источник света с такими экстремальными параметрами
пригодится при изучении динамики электронов в атомах и молекулах.
Ультрафиолет в таком случае сыграет роль субатомной фотовспышки,
помогающей остановить «неуловимое мгновение».