Kui eksinud inimese metsast välja aitamine võib olla keeruline, siis kuidas juhatada õigele teele rägastikku sattunud valgus?
Kujutleme valguse levikut läbi klaasploki: selle võib mõttes jagada kanaliteks, milles valgus muutumatu nurga all levib. Kui klaasis leidub ebakorrapäraselt paiknevaid ebemeid, hakkab valgus nendel hajuma ja osa temast satub tagasi sinna kust tuli. Kui hajutavaid kübemeid on väga palju, jõuab ainult tühine osa pealelangevast energiast teiselt poolt välja; kanalid ühinevad ja lähevad segamini. Teoreetiliselt on ennustatud ja ka katses näidatud [2], et niisugused segakanalid jagunevad kahte äärmuslikku kategooriasse: enamiku moodustavad suletud kanalid, mis on praktiliselt läbimatud, ja väikese osa avatud kanalid, milles valgus pea takistamatult levib. Niisugune jaotus viis teoreetikud mõttele, et kui õnnestuks juhtida valgus ebakorrapärases materjalis valikuliselt ainult avatud kanaleisse, saaks ka muidu pea läbipaistmatu materjal läbipaistvaks. Vastavaldatud töös [1] kirjeldavad Ivo Vellekoop ja Allard Mosk Hollandi Twente Ülikoolist katset, milles nad eelkirjeldatud mõtte realiseerisid.
Katses jagati HeNe laseri laiendatud valgusvihk lainepikkusega 632.8 nanomeetrit kaheks ristsihis polariseeritud kimbuks, millest kumbki peegeldati 3816 piksliga vedelkristallekraanilt. Üksikuid piksleid sisse lülitades saab suure täpsusega seada sõltumatult kummagi polarisatsiooniga valgusvihu lainefrondi kuju. Peegeldunud valgus juhiti taas kokku ja suunati proovile. Prooviks kasutati õhukesele klaasplaadile pihustatud tsinkoksiidi (ZnO). Tsinkoksiidi osakesed keskmise läbimõõduga 200 nanomeetrit lubavad katses kasutatud lainepikkusega valgusel endi vahel segamatult keskeltläbi 0.85 mikromeetrit läbida. Proovide paksused erinevates katsetes olid kas 5.7 mikromeetrit või 11.3 mikromeetrit. Mõõdeti valguse intensiivsust väikesel alal proovi tagaküljel – selleks jagati sealt väljunud valgus taas polarisatsiooni järgi kaheks ja kumbki vihk suunati CCD kaamerasse. Kaamerad andsid läbinud kiirguse intensiivsuse kohta tagasisidet, mida kasutati lainefrondi kuju optimeerimiseks vedelkristallekraanide abil. Efektiivselt peaks niisugune katseskeem põhjustama valguse koondumise proovis, mis muidu valgust hajutab. Tulemus on alltoodud joonisel, kus võrdluseks esitatakse ka hariliku tasalainelise valguse intensiivsusjaotus proovi tagaküljel. Graafiku paremaks mahutamiseks on ta esitatud logaritmilise vertikaalteljega graafikul, kohal x=0μm on intensiivsuste erinevus umbes 750-kordne.
 |
| Intensiivsuse jaotus proovi tagaküljel tasalainelise langeva valguse korral (a, hall joon parempoolsel graafikul) ja optimeeritud lainefrondi korral (b, sinine joon parempoolsel graafikul). |
Lainete levik ebakorrapärastes süsteemides pakub laiemat huvi, kui iseenesest põnev avatud ja suletud kanalite leidumine. Oluliseks veel puudulikult mõistetud nähtuseks on üleminek nõrgalt ebakorrapärasuselt tugevale ebakorrapärasusele. Esimesel juhul kahaneb avatud kanalite arv pöördvõrdeliselt keskkonna paksusega, teisel juhul on see seos eksponentsiaalne. Esmalt uuriti seda spinndifusiooni ja elektronide leviku puhul, ent seal tegi tulemuste interpreteerimise keeruliseks elektronide omavahelise mõju arvestamine; takistus, millest valgus mööda hiilib.
Allikad:
1. Phys. Rev. Lett. 101, 120601 (2008) Universal Optimal Transmission of Light Through Disordered Materials
2. Phys. Rev. Lett. 94, 113903 (2005) Optical Necklace States in Anderson Localized 1D Systems
3. APS Physics 1, 20 (2008) Light finds a way through the maze
Toimetas Erik Randla