Zázraky moderní optiky – černé díry,superanténa a neviditelný plášť

Tomáš Tyc

Gymnázium Žďár nad Sázavou, 30. dubna 2009

Optická vlákna

Proč světlo zůstává v optickém vlákně?

?

. . . nastává tzv. úplný odraz!

3

Optická vlákna

Proč světlo zůstává v optickém vlákně?

. . . nastává tzv. úplný odraz!

3

Mikrostrukturovaná optická vlákna

4

Černá díra v optickém vlákně

V mikrostrukturovaných vláknech lze energii pulzu koncentrovat nanepatrnou plošku

Velice silné světelné pulzy ve vlákně se mohou ovlivňovat

Pulz B dohání velmi krátký pulz A poněkud jiné barvy

Jak se B blíží k A, je pulzem A zpomalen a nikdy jej nemůžepředhonit

Pro světlo B se tak vytvoří bariéra, kterou nemůže proniknout –podobně jako pro světlo, snažící se vymanit z gravitační černé díry

5

Černá díra v optickém vlákněPro gravitační černé díry předpovídá teorie „vypařováníÿ –Hawkingovo záření – proto černé díry nejsou úplně černé

Podobný efekt očekáváme v optickém vlákně, měly by se objevitfotony určitých vastností

Experiment na univerzitě v St Andrews ve Skotsku – velmi slibnévýsledky

6

Lom a ohyb světla

Index lomu n – poměr rychlosti světla ve vakuu a v daném prostředí

Čím větší je n, tím pomaleji se světlo šíří

Světlo na rozhraní dvou optických prostředí:

n = 1

n > 1

Světlo v prostředí, kde se index lomu mění postupně (spojitě):

silnice

8

Transformační optika

Základ všech dosavadních návrhů neviditelnosti

Světlo se šíří prázdným prostorem po přímkách l , pak prostorzdeformujeme

C

A B

A

B

Cf

l

f(l)

Fyzikální prostor je vyplněn vhodným optickým médiem (prostředím),světlo se šíří po křivkách f (l)

Světlo se může šířit v různých směrech různě rychle9

Metamateriály

Pro praktickou realizaci transformační optiky je potřebný materiál svelmi speciálními optickými vlastnostmi

Takových vlastností lze docílit jen pomocí materiálu velmi jemnoupravidelnou strukturou – tzv. metamateriál

Probíhá bouřlivý výzkum a vývoj těchto metamateriálů

10

11

11

11

11

Neviditelnost

Základní myšlenka – odchýlíme světelé paprsky tak, aby obešlypředmět a vrátily se do původního směru

Světlo nepřijde s předmětem vůbec do kontaktu

Tak se předmět stane neviditelným12

Neviditelnost a transformační optika

Problém – velice vysoká rychlost světla blízko červené kružnice

Zásadní problém – lze docílit jen pro jednu barvu světla!

13

Neviditelnost využívající zakřivený prostor

Náš návrh neviditelnosti využívá geometrii zakřiveného prostoru[U. Leonhardt a T. Tyc, Science 323, 110 (2009)]

14

Neviditelnost využívající zakřivený prostor

14

Neviditelnost využívající zakřivený prostor

14

Neviditelnost využívající zakřivený prostor

14

Trajektorie paprsků v trojrozměrném případě

15

Soustředění světla

Parabolické zrcadlo či čočka soustředí rovnoběžné paprsky do jednohobodu

Otázka:Bylo by možné soustředit paprsky z různých směrů do jednoho bodu?

Odpověď:ANO – pomocí super-antény!

17

Soustředění světla

Parabolické zrcadlo či čočka soustředí rovnoběžné paprsky do jednohobodu

Otázka:Bylo by možné soustředit paprsky z různých směrů do jednoho bodu?

Odpověď:ANO – pomocí super-antény!

17

18

20