Füüsikalise optika labor
Asukoht: W. Ostwaldi 1, Tartu Labor tegeleb alanud sajandi optikas üha enam tähelepanu köitvas valdkonnas – laialivalgumatute ja mittedifrageeruvate ning kiirenevate valgusimpulsside tekitamise, uurimise ja rakendamisega. Ülilühikesed laseriimpulsid ise on ühed lühemad sündmused, mida inimene on suuteline kontrollitult tekitama, ning seega on uuritavad valgusimpulsid väga põnevateks tööriistadeks mitmes teaduse ja tehnoloogia valdkonnas. |
|
![]() |
Nii paistaks moment-ülesvõte vasakult paremale ülevalguskiirusega valguskuulina lendavast nn Bessel-X lainest, kui teda püüda tabada hüpoteetilise mikroskoop-fotoaparaadiga, mille katiku säriaeg on 10-15 s suurusjärgus ja mis registreerib hetkelist valgusenergiajaotust ruumis. Meie eksperimentaalsetes töödes on selliste ülikõrge ajalise ja ruumilise lahutusega „momentvõtete“ registreerimine teoks tehtud ja rakendatud mitmesuguste optiliste elementide abil tekitatavate erisuguste impulssvalgusväljade uurimiseks |
Meie sisenesime sellesse valdkonda 1995.a. ja juba meie 1997.a. avaldatud artikkel (P.Saari and K.Reivelt, "Evidence of X-Shaped Propagation-Invariant Localized Light Waves," Physical Review Letters, 79, 4135), mis on kogunud üle 200 tsiteeringu, osutus valdkonna arengus oluliseks läbimurdeks. Selles töös me näitasime seni ainult matemaatilis-teoreetiliselt ennustatud ja akadeemilis-eksootiliseks peetud valgusimpulsi realiseeritavust optikas. Erialakirjanduses jätkuvate vastakate seisukohtade tõttu sai koostöös USA uurimisrühmaga uuel tasemel eksperimenti korratud, mille tulemused valiti kuukirja OPN erinumbrisse aasta tähtsaimatest teadustulemustest optika alal.
Selles koostöös saadi rida intrigeerivaid tulemusi, näiteks osutus, et registreerides ümmargusel aval difrageeruvat valgusimpulssi femtosekundilise ajalise lahutusega, saab läbiva impulsi taga eristada nn Arago täppi, mida seni on vaadeldud vaid läbipaistmatu ketta taga varju piirkonnas. Ühtlasi ilmnes, et see nn äärelaine difraktsiooniefekt pole praktiliselt midagi muud kui negatiivse kiirendusega leviv mittedifrageeruv Bessel-X laine (vt pilti).
Joonis 1. Diameetriga 4 mm ümmarguse ava taga vasakult paremale leviva impulssvalgusvälja „momentvõtted“ kolmel eri kaugusel z avast. Nii katses kui ka arvutisimulatsioonis on selgelt nähtav läbiva impulsi taga temast kiiremini liikuv Bessel-X laine profiiliga impulss – ajaliselt lahutatud Arago täpp (P. Saari, P. Bowlan, H. Lukner, M. Lõhmus, P. Piksarv, R. Trebino, “Basic diffraction phenomena in time domain,” Opt. Express, 18, No. 11, pp. 11083-11088, 2010).
Uuel kümnendil on laboris ehitatud originaalne katseseade ja saavutatud ajaline lahutusvõime juba ühe valguslainevõnke kestuseni (10-15 s). Seadmes kasutatakse footonkristallkiudusid nii valgusallikas --nn superkontiinuum- ehk valgelaseris (vt pilt veebilehe alguses) kui ka interferomeetrilises mõõteseadmes. Seadmega on saadud esimesed tulemused antud valdkonnas praegu enim uuuritavate kiirenevate nn Airy kimpude ja impulsside tekitamises ja karakteriseerimises (P. Piksarv, H. Valtna-Lukner, A. Valdman, M. Lõhmus, R. Matt, P. Saari, “Temporal focusing of ultrashort pulsed Bessel beams into Airy–Bessel light bullets,” Opt. Express, 20, No. 15, pp. 17220-17229, 2012 Pikem artikkel sellest meie uurimusest on tunnustatud esiletõstmisega veebilehel Journal of Optics Highlights of 2012).
Airy kimbud on omapärased, kuna nende ristlõike kõige intensiivsem osa levib kõverjooneliselt ehk valguskimp paindub sirgjoonest kõrvale. Oma värskeimas töös näitasime, et sama kehtib ka ülilühikeste Airy valgusimpulsside korral ehk on võimalik tekitada kõverjooneliselt levivaid „valguskuule“ A. Valdmann, P. Piksarv, H. Valtna-Lukner, P. Saari, “Realization of laterally nondispersing ultrabroadband Airy pulses,“ Opt. Letters, 39, No. 7, pp. 1877-1880, 2014.
![]() |
Lisaks lingitud artiklitest leitavate kirjanduse loeteludega on populaarteaduslikult labori temaatikat valgustatud publikatsioonides nagu:
|