Přístupnostní navigace
Přejít k obsahu
|
Přejít k hlavnímu menu
VUT
Menu
Život na VUT
Submenu
Atmosféra VUT
Prostory školy
Koleje
Stravování
Sport na VUT
Studentský život
Brno
Pro uchazeče
Submenu
Fakulty a programy
Jak se dostat na VUT
Dny otevřených dveří
Celoživotní vzdělávání
Zpracování osobních údajů uchazečů o studium
E-přihláška
Pro studenty
Submenu
Předměty
Studijní programy
Poplatky za studium
Studijní předpisy
Studium a stáže v zahraničí
Stipendia
Sociální bezpečí
Závěrečné práce
Knihovny
(externí odkaz)
Studium bez bariér
Uznání zahraničního vzdělání
Zpracování osobních údajů studentů
Podpora podnikání
Věda a výzkum
Submenu
Věda a výzkum na VUT
Mezinárodní vědecká rada
Evaluace
Centra výzkumu
Open Science
Transfer znalostí
Projekty
Projekty ze strukturálních fondů
Specifický výzkum
Publikace a výsledky VaV
Spolupráce
Submenu
Firemní spolupráce
Zahraniční spolupráce
Střední školy a VUT
Služby univerzity
Mezinárodní dohody
Univerzitní sítě
O univerzitě
Submenu
Profil univerzity
Udržitelná univerzita
Bezpečná univerzita
Podnikavá univerzita / ContriBUTe
Kalendář akcí
Absolventi
(externí odkaz)
Organizační struktura
Pracovní příležitosti
(externí odkaz)
Úřední deska
Sociální bezpečí
Podpora a rozvoj zaměstnanců / HR Award
Pro média
Kontakty
Ochrana osobních údajů
Vyznamenání
Fakulty
Fakulta stavební
Fakulta strojního inženýrství
Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Fakulta architektury
Fakulta chemická
Fakulta podnikatelská
Fakulta výtvarných umění
Fakulta informačních technologií
Vysokoškolské ústavy
Ústav soudního inženýrství
Centrum sportovních aktivit
Středoevropský technologický institut (CEITEC VUT)
Součásti
Centrum výpočetních a informačních služeb
Institut celoživotního vzdělávání
Koleje a menzy
Nakladatelství VUTIUM
Ústřední knihovna
Rektorát
EN
Přihlásit se
Přihlásit se
Web VUT
Intraportál
Studis
Teacher
Elearning
Hledat
EN
Vyhledávání
Vyhledat
Zavřít
VUT
O univerzitě
Aktuality
Vědci zjistili, že světlo duhy ovládají efekty známé z použití metamateriálů
Vědci zjistili, že světlo duhy ovládají efekty známé z použití metamateriálů
Při vzniku duhy působí vodní kapky na světlo podobným způsobem, jakým je ovládáno v laboratořích pomocí nejvyspělejších technologií. Přímou analogii obou optických mechanismů prokázal společný projekt, na kterém se podílely Přírodovědecká fakulta Univerzity Palackého a CEITEC Vysoké učení technické v Brně. Vědci poprvé získali unikátní holografický obraz kruhové duhy vytvořené v laboratoři, který umožnil demonstrovat vírové zkroucení světla padajícími vodními kapkami. Získané výsledky byly publikovány v časopisu Laser & Photonics Reviews a prezentovány na jeho titulní straně.
Vědci ve svých experimentech provedli holografický záznam světla duhy a z něj rekonstruovali fázové obrazy primární a sekundární duhy. Následně se zaměřili na zkoumání efektů v jednotlivých vodních kapkách, které v experimentech nahradili skleněnými mikrokuličkami. „Prvotním podnětem bylo prokázání zkroucení fáze světla duhy, které je příznačné pro optické víry,“ uvedl Petr Bouchal z VUT, který výzkum duhy inicioval. „Už počáteční fáze výzkumu ukázala, že řešení takového úkolu je náročné a má spojitost s pokročilým ovládáním světla pomocí metapovrchů, na které je zaměřen náš projektový výzkum,“ dodal Zdeněk Bouchal z katedry optiky přírodovědecké fakulty.
Světlo je od počátků optiky ovládáno cílenou změnou optické dráhy. Příkladem je spojná čočka, která světlo jdoucí jejím středem zpomalí více než světlo procházející okrajem, kde je sklo tenčí. Čočka tak mění dynamickou fázi světla a způsobuje, že rovnoběžné paprsky se za čočkou stávají sbíhavými. Vědci ale nyní pomocí pokročilých technologií našli způsob, jak světlo řídit nezávisle na prošlé optické dráze. Využívají k tomu geometrickou fázi světla, kterou pro optiku před léty objevili fyzici Pancharatnam a Berry. „Ovládání světla pomocí geometrické fáze přineslo zcela nové možnosti a objemnou skleněnou čočku lze nahradit tenkou anizotropní vrstvou, nejčastěji tvořenou kapalnými krystaly nebo plazmonickými metapovrchy,“ podotkl Petr Bouchal. „Je pozoruhodné, že příroda tvarování světla prostřednictvím geometrické fáze uplatňuje zcela přirozeně při vzniku duhy. Přestože tento atmosférický úkaz fascinoval už starověké civilizace a jeho fyzikální podstatu zkoumaly celé generace optiků, změna geometrické fáze ve vodních kapkách zůstala neodhalena,“ řekl Zdeněk Bouchal.
Anizotropní nanostruktury stály u zrodu ultratenké optiky schopné poskytnout nové optické funkce. Příkladem jsou komponenty generující světelné víry se šroubovitou vlnoplochou, která se podobá točitému schodišti. Takové experimenty vyžadují spirální změnu geometrické fáze světla. Lze jí dosáhnout přesným úhlovým stáčením molekul kapalných krystalů nebo nanoantén metapovrchů. „Optické výpočty ukázaly, že k analogické změně geometrické fáze dochází zcela přirozeně v dielektrických sférách, tedy i vodních kapkách, a to v důsledku polarizačních změn při vnitřním odrazu světla. Prokázat spirální změnu geometrické fáze světla duhy experimentálně bylo ale náročnou výzvou,“ doplnil Petr Bouchal.
Spirální fázi duhy vědci rekonstruovali z časově rozlišených hologramů, které byly zaznamenány v nekoherentním bílém světle odraženém množstvím náhodně padajících vodních kapek vytvořených vodním rozprašovačem. Bylo proto nutné, aby experimenty dokázaly eliminovat veškeré vlivy spojené se změnou optické dráhy světla. „K tomuto účelu byl navržen speciální systém využívající samo-korelace světla, který navíc musel zachytit světlo duhy v úhlovém zorném poli větším než 120 stupňů. Získané kvantitativní fázové obrazy přesvědčivě prokázaly spirální rozložení fáze v primární i sekundární duze kruhového tvaru,“ uvedl Petr Bouchal, který navrhl a realizoval experimenty.
V dalším výzkumu se vědci zaměřili na zkoumání zkroucení světla v jednotlivých vodních kapkách, které v experimentech nahradili skleněnými kuličkami o průměru 5 až 10 mikrometrů. Pomocí dielektrických mikrosfér pak byly vytvořeny polarizované světelné víry a vírová interferenční pole vysoké optické kvality. „Z fyzikálního hlediska bylo překvapivé, že skleněné kuličky prokázaly schopnost konverze složek momentu hybnosti světla. Světelné svazky s kruhovou polarizací přenášející spin byly v jednotlivých kuličkách přeměněny na světelné víry nesoucí orbitální moment hybnosti. Tento efekt byl dosud pozorován jen v nanostrukturách s prostorově proměnnou anizotropií,“ řekl Zdeněk Bouchal.
Experimenty s duhou poskytly vědcům inspiraci pro návrh nových způsobů ovládání světla, které najdou široké praktické uplatnění. „Rozšířený pohled na mechanismus modulace geometrické fáze nás navíc přivedl k novým metodám úplné rekonstrukce anizotropie, které poskytují vysoké prostorové rozlišení a přinášejí pokrok v biomedicínském a materiálovém výzkumu,“ dodal Petr Bouchal.
zdroj: CEITEC VUT
Publikováno
16.08.2022 15:00
Odkaz
https://www.vut.cz/vut/f19528/d229123
CEITEC VUT
Odpovědnost:
Mgr. Marta Vaňková
Nahoru