Mọi người đều biết rằng ánh sáng truyền đi theo đường thẳng – điều đó có đúng không? Cách đây hai năm, các nhà vật lí đã phát hiện ra điều gì đó rất khác đối với những xung ánh sáng laser nhất định có một cực đại cường độ mạnh nối tiếp với những cực đại khác nhỏ hơn. Phần sáng nhất trong các xung “Airy” bất cân xứng này, họ nhận thấy, dường như đi theo một quỹ đạo cong.
Một xung Airy cường độ mạnh do Polynkin và đội nghiên cứu tại ra. Xung này đang truyền ra khỏi màn hình và cực đại cường độ nằm ở bên trái (Ảnh: Science).
Các nhà nghiên cứu ở Mĩ vừa nhận thấy rằng các xung Airy cường độ đủ mạnh có thể làm ion hóa các phân tử không khí xung quanh và tạo ra các dây tóc plasma uốn cong. Hơn nữa, các xung Airy đó còn tương tác với không khí sao cho các xung liên tục hội tụ và vì thế có thể truyền đi những khoảng cách xa mà không bị phân tán.
Ánh sáng trắng phát ra bởi các sợi tóc plasma có thể dùng để thực hiện các phép đo phổ từ xa của khí quyển – và bản thân hiệu ứng uốn cong có thể được khai thác trong các loại sóng mang mới.
Bẻ cong kiểu Airy
Hành trạng uốn cong của các xung Airy lần đầu tiên được phát hiện ra vào năm 2007 bởi Demetrios Christodoulides và các cộng sự tại trường Đại học Florida. Sự giao thoa giữa các cực đại làm cho cực đại cường độ xoay chuyển sang một hướng, còn những cực đại khác thì di chuyển theo hướng ngược lại. Mặc dù tổng động lượng của xung truyền đi theo đường thẳng, nhưng phần sáng nhất của nó dường như đi theo một quỹ đạo cong.
Christodoulides và các cộng sự của ông nay đã lập đội với Pavel Polynkin và những người khác tại trường Đại học Arizona để tạo ra các “dây tóc” plasma uốn cong, sử dụng các xung Airy. Cái quan trọng cho sự thành công của họ, theo Jerome Kasparian thuộc trường Đại học Geneva, người không tham gia trong nhóm, là khả năng của họ - lần đầu tiên – tạo ra các xung Airy cường độ cực cao.
Đội nghiên cứu đã bắt đầu với một xung laser hồng ngoại cường độ mạnh kéo dài khoảng 35 fs. Xung laser hình bánh kếp ban đầu, xung đối xứng xung quanh hướng truyền của nó, sau đó đi qua một “mặt nạ pha” và rồi một thấu kính, mang lại cho nó hình dạng chữ V với một cực đại cường độ tại chóp đỉnh (xem hình). Xung Airy này sau đó truyền đi chừng 1m trong không khí đến một màn huỳnh quang, nơi ánh sáng được phát hiện.
Các dây tóc uốn cong
Ngoài việc xác nhận các xung Aury cường độ cực mạnh dường như bị bẻ cong, các xung laser đó còn tạo ra các dây tóc plasma uốn cong bởi việc làm ion hóa các phân tử lân cận trong không khí.
Mặc dù các nhà vật lí từ lâu đã biết rằng các xung laser đối xứng có khả năng tạo ra các dây tóc như thế, nhưng quá trình đó tỏ ra rất khó nghiên cứu. Đây là vì các xung laser đối xứng truyền cùng hướng với ánh sáng trắng phát ra bởi plasma mà chúng tạo ra, nghĩa là bất kể dụng cụ nào cố gắng dò tìm ánh sáng này đều bị lóa mắt hoặc thậm chí bị xung sáng phá hủy mất.
Tuy nhiên, với các xung Airy, Polynkin, Christodoulides và các cộng sự đã phát hiện thấy ánh sáng plasma truyền đi theo những đường thẳng tiếp tuyến với đường cong của cực đại sáng. Vì thế, ánh sáng plasma có thể được phát hiện – và có lẽ còn được sử dụng làm một nguồn phát ánh sáng trắng cho quang phổ học.
Việc chiếu các xung laser cường độ mạnh và tầm xa vào không khí, chẳng hạn, có thể cho phép các nhà nghiên cứu thực hiện những phép đo phổ từ xa của bầu khí quyển.
Polynkin còn cho rằng người ta có thể chiếu các xung cường độ mạnh vào những đám mây để “dẫn hướng” sét đến những nơi an toàn trên mặt đất.
Bản thân sự nghiên cứu ánh sáng plasma còn có thể giúp các nhà vật lí thu được một sự hiểu biết tốt hơn về các cơ sở quang học phi tuyến phức tạp xác định cách thức các chùm laser cường độ mạnh truyền trong không khí. Trong số này có một hiệu ứng “tự hàn kín” nhờ đó chùm tia liên tục tái hội tụ bởi plasma – thay vì bị phân tán ra – cho phép các xung cường độ mạnh truyền đi những khoảng cách rất xa.
Đội nghiên cứu hiện đang nghiên cứu việc tạo ra các dây tóc cong trong nước thay cho trong không khí.
Theo Thư Viện Vật Lý
Một xung Airy cường độ mạnh do Polynkin và đội nghiên cứu tại ra. Xung này đang truyền ra khỏi màn hình và cực đại cường độ nằm ở bên trái (Ảnh: Science).
Các nhà nghiên cứu ở Mĩ vừa nhận thấy rằng các xung Airy cường độ đủ mạnh có thể làm ion hóa các phân tử không khí xung quanh và tạo ra các dây tóc plasma uốn cong. Hơn nữa, các xung Airy đó còn tương tác với không khí sao cho các xung liên tục hội tụ và vì thế có thể truyền đi những khoảng cách xa mà không bị phân tán.
Ánh sáng trắng phát ra bởi các sợi tóc plasma có thể dùng để thực hiện các phép đo phổ từ xa của khí quyển – và bản thân hiệu ứng uốn cong có thể được khai thác trong các loại sóng mang mới.
Bẻ cong kiểu Airy
Hành trạng uốn cong của các xung Airy lần đầu tiên được phát hiện ra vào năm 2007 bởi Demetrios Christodoulides và các cộng sự tại trường Đại học Florida. Sự giao thoa giữa các cực đại làm cho cực đại cường độ xoay chuyển sang một hướng, còn những cực đại khác thì di chuyển theo hướng ngược lại. Mặc dù tổng động lượng của xung truyền đi theo đường thẳng, nhưng phần sáng nhất của nó dường như đi theo một quỹ đạo cong.
Christodoulides và các cộng sự của ông nay đã lập đội với Pavel Polynkin và những người khác tại trường Đại học Arizona để tạo ra các “dây tóc” plasma uốn cong, sử dụng các xung Airy. Cái quan trọng cho sự thành công của họ, theo Jerome Kasparian thuộc trường Đại học Geneva, người không tham gia trong nhóm, là khả năng của họ - lần đầu tiên – tạo ra các xung Airy cường độ cực cao.
Đội nghiên cứu đã bắt đầu với một xung laser hồng ngoại cường độ mạnh kéo dài khoảng 35 fs. Xung laser hình bánh kếp ban đầu, xung đối xứng xung quanh hướng truyền của nó, sau đó đi qua một “mặt nạ pha” và rồi một thấu kính, mang lại cho nó hình dạng chữ V với một cực đại cường độ tại chóp đỉnh (xem hình). Xung Airy này sau đó truyền đi chừng 1m trong không khí đến một màn huỳnh quang, nơi ánh sáng được phát hiện.
Các dây tóc uốn cong
Ngoài việc xác nhận các xung Aury cường độ cực mạnh dường như bị bẻ cong, các xung laser đó còn tạo ra các dây tóc plasma uốn cong bởi việc làm ion hóa các phân tử lân cận trong không khí.
Mặc dù các nhà vật lí từ lâu đã biết rằng các xung laser đối xứng có khả năng tạo ra các dây tóc như thế, nhưng quá trình đó tỏ ra rất khó nghiên cứu. Đây là vì các xung laser đối xứng truyền cùng hướng với ánh sáng trắng phát ra bởi plasma mà chúng tạo ra, nghĩa là bất kể dụng cụ nào cố gắng dò tìm ánh sáng này đều bị lóa mắt hoặc thậm chí bị xung sáng phá hủy mất.
Tuy nhiên, với các xung Airy, Polynkin, Christodoulides và các cộng sự đã phát hiện thấy ánh sáng plasma truyền đi theo những đường thẳng tiếp tuyến với đường cong của cực đại sáng. Vì thế, ánh sáng plasma có thể được phát hiện – và có lẽ còn được sử dụng làm một nguồn phát ánh sáng trắng cho quang phổ học.
Việc chiếu các xung laser cường độ mạnh và tầm xa vào không khí, chẳng hạn, có thể cho phép các nhà nghiên cứu thực hiện những phép đo phổ từ xa của bầu khí quyển.
Polynkin còn cho rằng người ta có thể chiếu các xung cường độ mạnh vào những đám mây để “dẫn hướng” sét đến những nơi an toàn trên mặt đất.
Bản thân sự nghiên cứu ánh sáng plasma còn có thể giúp các nhà vật lí thu được một sự hiểu biết tốt hơn về các cơ sở quang học phi tuyến phức tạp xác định cách thức các chùm laser cường độ mạnh truyền trong không khí. Trong số này có một hiệu ứng “tự hàn kín” nhờ đó chùm tia liên tục tái hội tụ bởi plasma – thay vì bị phân tán ra – cho phép các xung cường độ mạnh truyền đi những khoảng cách rất xa.
Đội nghiên cứu hiện đang nghiên cứu việc tạo ra các dây tóc cong trong nước thay cho trong không khí.
Theo Thư Viện Vật Lý
