Ce diaporama a bien été signalé.
Nous utilisons votre profil LinkedIn et vos données d’activité pour vous proposer des publicités personnalisées et pertinentes. Vous pouvez changer vos préférences de publicités à tout moment.

Kako usporiti svetlost - Nikola Filipović

207 vues

Publié le

15. godina "Odeljenja za fiziku", NNB10
30-31. mart 2018

Publié dans : Formation
  • Soyez le premier à commenter

  • Soyez le premier à aimer ceci

Kako usporiti svetlost - Nikola Filipović

  1. 1. КАКО УСПОРИТИ СВЕТЛОСТ? Н И КО Л А Ф И Л И П О В И Ћ Д Е П А Р Т М А Н З А Ф И З И К У – П М Ф Н И Ш Н А У К Н И Ј Е Б А У К 1 0 1 5 Г О Д И Н А О Д Е Љ Е Њ А З А Ф И З И К У У Н И Ш У
  2. 2. САЖЕТАК ПРЕДАВАЊА • Уводна разматрања о светлости • Нови појмови: линеарна, нелинеарна и квантна оптика • Електромагнетно индукована транспарентност и успоравање светлости • Примене успоравања светлости • Могућности бављења овом облашћу на нашем факултету
  3. 3. УВОД Ш ТА Ј Е С В Е ТЛ О С Т ? К А К О С Е С В Е ТЛ О С Т К Р Е Ћ Е И К О Ј О М Б Р З И Н О М ?
  4. 4. СВЕТЛОСТ – СВЕТСКИ РЕКОРДЕР У СВИМ ТРКАЧКИМ ДИСЦИПЛИНАМА • Електромагнетни талас (или фотон?) • 𝑐 = 299 792 458 m s ≈ 3 ∙ 108 m s • Ништа се не креће брже од светлости
  5. 5. СВЕТЛОСТ – СВЕТСКИ РЕКОРДЕР У СВИМ ТРКАЧКИМ ДИСЦИПЛИНАМА • Видљива светлост и „остатак света“
  6. 6. КАКО СЕ СВЕТЛОСТ СНАЛАЗИ У ДИСЦИПЛИНАМА СА ПРЕПОНАМА? • Одбијање светлости: 𝜃1 = 𝜃1′ • Преламање светлости: 𝑛1 sin 𝜃1 = 𝑛2 sin 𝜃2
  7. 7. КАКО СЕ СВЕТЛОСТ СНАЛАЗИ У ДИСЦИПЛИНАМА СА ПРЕПОНАМА? • Фазна брзина светлости: 𝑣 = 𝑐 𝑛 • Дисперзија: 𝑛 = 𝑛 𝜔 – Нормална 𝑑𝑛 𝑑𝜔 > 0 и аномална 𝑑𝑛 𝑑𝜔 < 0
  8. 8. КАКО СЕ СВЕТЛОСТ СНАЛАЗИ У ДИСЦИПЛИНАМА СА ПРЕПОНАМА? • Групна брзина светлости – „физичка“ брзина
  9. 9. НЕЛИНЕАРНА И КВАНТНА ОПТИКА Л И Н Е А Р Н А П Р О Т И В Н Е Л И Н Е А Р Н Е О П Т И К Е Ш ТА Ј Е К В А Н Т Н А О П Т И К А ?
  10. 10. ЛИНЕАРНЕ И НЕЛИНЕАРНЕ СРЕДИНЕ • До сада – светлост пролазила кроз линеарне средине • Линеарна оптика: 𝑃 = 𝜀0 𝜒𝐸 • Нелинеарна оптика: 𝑃 = 𝜀0 𝜒(1) 𝐸 + 𝜀0 𝜒(2) 𝐸2 + 𝜀0 𝜒(3) 𝐸3 + ⋯ = 𝜀0 𝜒 1 𝐸 + 𝑃NL
  11. 11. ЛИНЕАРНЕ И НЕЛИНЕАРНЕ СРЕДИНЕ • Таласна једначина: 𝜕2 𝐸(𝑥, 𝑡) 𝜕𝑥2 − 1 𝑣2 𝜕2 𝐸(𝑥, 𝑡) 𝜕𝑡2 = 𝜇0 𝜕2 𝑃NL(𝑥, 𝑡) 𝜕𝑡2 • Нелинеарност – много више занимљивих ефеката
  12. 12. ШТА ЈЕ ТУ КВАНТНО? • Квантна механика – проучава понашање јако малих честица • Интуитивно потпуно нелогична, коси се са здравим разумом
  13. 13. ШТА ЈЕ ТУ КВАНТНО? • Квантна оптика – квантни аспекти интеракције светлости са материјом • Зашто је битно да све буде квантно?
  14. 14. КВАНТНА МЕХАНИКА И АТОМИ • Модели атома кроз историју
  15. 15. КВАНТНА МЕХАНИКА И АТОМИ • Дискретни енергијски нивои, квантни бројеви • Дозвољени и забрањени прелази • Експериментално потврђена
  16. 16. КАКО АТОМИ АПСОРБУЈУ И ЕМИТУЈУ СВЕТЛОСТ? • Апсорпција и емисија фотона ⟶ електрон мења енергијско стање • Коначна „ширина“ нивоа ⟶ апсорпциона и дисперзиона крива • Једино квантна механика може да нам да потпуно коректан опис интеракције светлости и материје (полукласични и пун квантни приступ)
  17. 17. ЕЛЕКТРОМАГНЕТНО ИНДУКОВАНА ТРАНСПАРЕНТНОСТ К А КО М АТ Е Р И Ј А Л Е У Ч И Н И Т И П Р О З РАЧ Н И М ? Е И Т И У С П О РА В А Њ Е С В Е ТЛ О С Т И
  18. 18. ШТА ЈЕ ЕИТ? • Електромагнетно индукована транспарентност • Контролни и сондирајући ласер • Непрозрачна средина постаје прозрачна
  19. 19. ШТА ЈЕ ЕИТ? • Конфигурације нивоа у којима се јавља ЕИТ: лествичаста, Λ, V, Y,... • Јак контролни ласер – нелинеарна оптика
  20. 20. БИОГРАФИЈА ЕИТ • Клаус Болер, Атак Имамоглу и Стивен Харис (1990) – прва експериментална демонстрација на парама атома стронцијума • Примене у нелинеарној оптици, фотоници, оптоелектроници... – Мерења јако слабих магнетних поља, ласери без инверзије насељености, заробљавање и манипулација појединачним честицама, успоравање светлости
  21. 21. НА КОМ ПРИНЦИПУ „РАДИ“ ЕИТ? • ЕИТ – квантно интерферентни (атомско кохерентни) ефекат • Кохеренција, интерференција – таласна (линеарна) оптика
  22. 22. НА КОМ ПРИНЦИПУ „РАДИ“ ЕИТ? • Деструктивна интерференција различитих ексцитационих путева
  23. 23. НА КОМ ПРИНЦИПУ „РАДИ“ ЕИТ? • Друго објашњење – јак контролни ласер (електрично поље) модификује нивое |2〉 и |3〉 и долази до њиховог померања • Обучена стања
  24. 24. НА КОМ ПРИНЦИПУ „РАДИ“ ЕИТ? • Смањење апсорпције ⟷ модификација дисперзионе криве
  25. 25. КАКО ИЗ ДИСПЕРЗИОНЕ КРИВЕ „ЧИТАМО“ БРЗИНУ СВЕТЛОСТИ? • Нагиб дисперзионе криве повезан са групном брзином светлости 𝑣𝑔 = 𝑐 𝑛 + 𝜔 𝑑𝑛 𝑑𝜔 = 𝑣 1 + 𝜔 𝑛 𝑑𝑛 𝑑𝜔 • Повећање нагиба ⟷ смањење брзине • Брзину простирања сондирајућег ласера, која је у почетку била јако велика, уз присуство контролног ласера сада можемо смањити до јако малих вредности
  26. 26. КАКО ИЗ ДИСПЕРЗИОНЕ КРИВЕ „ЧИТАМО“ БРЗИНУ СВЕТЛОСТИ? • Које су те вредности? – Оптички густ врео гас рубидијума, 90 m/s – Ултрахладни гас атома натријума, 17 m/s – Паре рубидијума (1999), 8 m/s • Ербас А380: 𝑣 = 1020 km h ≈ 283 m s • Болид Формуле 1: 𝑣 = 300 km h ≈ 83 m s • Аутомобил: 𝑣 = 150 km h ≈ 42 m s • Пума: 𝑣 = 80 km h ≈ 22 m s • Усеин Болт: 𝑣 = 100 m 9,58 s = 10,44 m s • Спринтер аматер: 𝑣 = 100 m 12,5 s = 8 m s
  27. 27. КАКО ИЗ ДИСПЕРЗИОНЕ КРИВЕ „ЧИТАМО“ БРЗИНУ СВЕТЛОСТИ? • Да ли је могуће потпуно зауставити светлост? – У контексту заробљавања у некој средини на одређено време, да! • Спора светлост
  28. 28. КАКО ИЗ ДИСПЕРЗИОНЕ КРИВЕ „ЧИТАМО“ БРЗИНУ СВЕТЛОСТИ? • Пример:Ако је средина дугачка 𝑙 = 10 cm, светлост је у њој може задржати: – У вакууму – 𝑡 = 𝑙 𝑐 = 0,1 m 3∙108 m s = 𝟑𝟑𝟑 ps – У води – 𝑡 = 𝑙 𝑣 = 𝑙𝑛 𝑐 = 1,3∙0,1 m 3∙108 m s = 𝟒𝟑𝟑 ps – Кроз силицијум – 𝑡 = 𝑙 𝑣 = 𝑙𝑛 𝑐 = 3,5∙0,1 m 3∙108 m s = 𝟏, 𝟏𝟕 ns – Кроз нелинеарну средину (рубидијумов гас) – 𝑡 = 𝑙 𝑣 = 0,1 m 90 m s = 𝟏, 𝟏𝟏 𝐦𝐬 – Кроз нелинеарну средину (натријумов гас) – 𝑡 = 𝑙 𝑣 = 0,1 m 17 m s = 𝟓, 𝟖𝟖 ms – Кроз нелинеарну средину (паре рубидијума) – 𝑡 = 𝑙 𝑣 = 0,1 m 8 m s = 𝟏𝟐, 𝟓 𝐦𝐬
  29. 29. ПРИМЕНЕ УСПОРАВАЊА СВЕТЛОСТИ Ч Е М У О В О С В Е С Л У Ж И ? Ч Е М У О В О С У Т РА М О Ж Е Д А С Л У Ж И ?
  30. 30. ЧЕМУ ОВО СВЕ СЛУЖИ? • Па, пуно тога још не служи ничему! • Али – млада област у повоју, успех се тек очекује у годинама које следе • Нанотехнолохије, оптоелектроника (оптички прекидачи, оптички микроскопи, оптичке комуникације, детектори на принципу ЕИТ – остварено) • Спора светлост: атомски часовници, будући квантни рачунари
  31. 31. ВИДЕО ИГРЕ НА КВАНТНИМ РАЧУНАРИМА? • Класични против квантних рачунара • Квантни бит (кубит), суперпозиција
  32. 32. ВИДЕО ИГРЕ НА КВАНТНИМ РАЧУНАРИМА? • Паралелизација, класични и квантни регистри (квантни процесор) • Факторизација великих бројева на просте чиниоце (криптографија)
  33. 33. ВИДЕО ИГРЕ НА КВАНТНИМ РАЧУНАРИМА? • Дигитална логичка кола (класична) – транзистори • Квантна логичка кола – електрична и магнетна поља, ласери...
  34. 34. ВИДЕО ИГРЕ НА КВАНТНИМ РАЧУНАРИМА? • Практична реализација – услови и проблеми • Конкурс за избор кубита отворен – до сад се „пријавили“ суперпроводници, полупроводници, заробљени атоми/јони, фотони...
  35. 35. ВИДЕО ИГРЕ НА КВАНТНИМ РАЧУНАРИМА? • До сада – 15 = 3 x 5 • Први функционални квантни рачунар – за 10 до 15 година • Еволуција у технологији, огромна рачунарска моћ, нови криптосистеми • Видео игре ће бити ОК, али ћемо морати да мењамо шифру на Фејсу!
  36. 36. КАКО МИ ТУ МОЖЕМО ДА ПОМОГНЕМО? • Оно што ми радимо на Департману за физику тиче се ЕИТ и проучавања овог ефекта, као и потенцијалне примене • Успоравање светлости – квантне меморије • Како изгледа пулс на улазу, такав је и на излазу – информација очувана
  37. 37. ЗАКЉУЧАК Ш ТА С М О Н А У Ч И Л И ?
  38. 38. КОЈА ЈЕ ПОРУКА ПРИЧЕ? • Светлост је могуће укротити и контролисати • За то је потребна нелинеарна средина са специфичним карактеристикама • Као и светлост са специфичним карактеристикама – конкретно, најмање два ласера • ЕИТ ефекат и смањена апсорпција повлачи смањење групне брзине светлости • Светлост је могуће успорити до таквих брзина да ју је буквално могуће „претрчати“ • Ово је важно пре свега због будућих квантних рачунара и израде квантних меморија • Бављење физиком омогућава да будемо део нове индустријске револуције која само што није • Департман за физику ПМФ-а, његови наставници и студенти претендују да буду део тога
  39. 39. Х В А Л А Н А П А Ж Њ И !

×