Dźwięk kontroluje światło. Bezpłatne wiadomości z biblioteki technicznej

NOWOŚCI NAUKI I TECHNOLOGII, NOWOŚĆ W ELEKTRONIKI
Bezpłatna biblioteka techniczna / Kanał wiadomości

Dźwięk kontroluje światło

04.02.2015

Na początku ubiegłego wieku radziecki fizyk Leonid Mandelstam teoretycznie wykazał, że wibracje dźwięku w przezroczystej substancji mogą rozpraszać światło przechodzące przez tę substancję. Fale dźwiękowe powodują lokalne zmiany gęstości ośrodka iw efekcie zmieniają współczynnik załamania. W wyniku takiego rozpraszania traci się część energii świetlnej. Niezależnie od Mandelstama do tych samych wyników doszedł amerykański fizyk Leon Brillouin. W rezultacie interakcja dźwięku i światła w przezroczystych mediach została nazwana efektem Mandelstama-Brillouina.

Nie zauważamy jednak, że głośna muzyka rozprasza światło żarówki, tak jak np. światło reflektorów samochodowych rozprasza się we mgle. Efekt będzie zauważalny tylko wtedy, gdy zamiast zwykłej żarówki weźmiemy źródło promieniowania monochromatycznego - laser. Faktem jest, że wiązka laserowa jest promieniowaniem elektromagnetycznym o jednej długości fali, która określa jej „kolor”. Czerwona wiązka ma jedną długość fali, zielona wiązka ma inną.

Teraz weźmy światłowodową linię danych. Zasada jego działania polega na tym, że informacje przekazywane są poprzez zmianę natężenia wiązki światła rozchodzącej się wzdłuż przezroczystej szklanej nitki. Pojedyncze pasmo światłowodowe może być używane jednocześnie do przesyłania danych przez setki kanałów, po prostu za pomocą wiązek światła o różnych długościach fal. Każdy kanał odpowiada określonej długości fali lasera. Podobnie jest z transmisją danych przez fale radiowe, z jednym wyjątkiem: jeśli zwiększamy moc nadajnika radiowego, to zwiększa się moc sygnału i zasięg jego odbioru. Jeśli zwiększymy moc lasera do przesłania sygnału przez światłowód, transmisja pogorszy się – coraz więcej sygnału zacznie być tracone na skutek rozpraszania Mandelstama-Brillouina. Dlatego istnieje próg mocy sygnału, którego przekraczanie nie ma sensu, w przeciwnym razie przepuszczane światło zostanie po prostu odbite.

Co zrobili fizycy z University of Illinois? Na cienkim światłowodzie umocowali małą szklaną kulkę. Ta konstrukcja nazywana jest pierścieniowym rezonatorem optycznym. Wiązka laserowa z włókna światłowodowego wchodzi do rezonatora i dzięki wielokrotnemu wewnętrznemu odbiciu pozostaje w nim jak w pułapce. Kluczowym punktem w eksperymencie była druga wiązka laserowa o częstotliwości różniącej się w pewnym stopniu od pierwotnej. Różnica częstotliwości wiązek laserowych odpowiadała częstotliwości drgań akustycznych materiału kuli. To sprawiło, że światłowód i system rezonatora były przezroczyste dla pierwszej wiązki.

Co najbardziej zaskakujące, taki system okazał się przepuszczalny dla promieni tylko z jednej strony. Okazało się, że jest to rodzaj optycznego kołowrotu - światło przechodzi z jednej strony, a nie może przejść z drugiej. Tak interesująca właściwość powstaje dzięki złożonemu oddziaływaniu dwóch promieni świetlnych i fal akustycznych w materiale - efekt rozpraszania Mandelstama-Brillouina. Tylko w tym przypadku, zamiast zapobiegać przejściu wiązki przez włókno, wręcz przeciwnie, zapewnił mu swobodny korytarz.

Odkrycie takich właściwości umożliwi stworzenie miniaturowych izolatorów optycznych i cyrkulatorów, które są potrzebne w układach światłowodowych, aw przyszłości także w komputerach kwantowych. Obecnie urządzenia te opierają się na magnetooptycznym efekcie Faradaya, a pola magnetyczne i materiały służą do przesyłania światła tylko w jednym kierunku. Dokonane odkrycie pomoże tylko pozbyć się niepotrzebnych pól magnetycznych. Ponadto może służyć do zmiany prędkości grupowej wiązki światła – to, co fizycy nazywają światłem „szybkim” i „wolnym”, jest potrzebne do przechowywania informacji kwantowych.

<< Powrót: Miernik drgań na procesorze ARM 04.02.2015

>> Naprzód: Procesor Cortex-A72 03.02.2015

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Udowodniono istnienie reguły entropii dla splątania kwantowego 09.05.2024

Mechanika kwantowa wciąż zadziwia nas swoimi tajemniczymi zjawiskami i nieoczekiwanymi odkryciami. Niedawno Bartosz Regula z Centrum Obliczeń Kwantowych RIKEN i Ludovico Lamy z Uniwersytetu w Amsterdamie przedstawili nowe odkrycie dotyczące splątania kwantowego i jego związku z entropią. Splątanie kwantowe odgrywa ważną rolę we współczesnej nauce i technologii informacji kwantowej. Jednak złożoność jego struktury utrudnia zrozumienie go i zarządzanie nim. Odkrycie Regulusa i Lamy'ego pokazuje, że splątanie kwantowe podlega zasadzie entropii podobnej do tej obowiązującej w układach klasycznych. Odkrycie to otwiera nowe perspektywy w dziedzinie informatyki i technologii kwantowej, pogłębiając naszą wiedzę na temat splątania kwantowego i jego powiązania z termodynamiką. Wyniki badań wskazują na możliwość odwracalności transformacji splątania, co mogłoby znacznie uprościć ich zastosowanie w różnych technologiach kwantowych. Otwarcie nowej reguły ... >>

Mini klimatyzator Sony Reon Pocket 5 09.05.2024

Lato to czas relaksu i podróży, jednak często upały potrafią zamienić ten czas w udrękę nie do zniesienia. Poznaj nowość od Sony - miniklimatyzator Reon Pocket 5, który obiecuje zapewnić użytkownikom większy komfort lata. Sony wprowadziło do oferty wyjątkowe urządzenie – miniodżywkę Reon Pocket 5, która zapewnia schłodzenie ciała w upalne dni. Dzięki niemu użytkownicy mogą cieszyć się chłodem w dowolnym miejscu i czasie, po prostu nosząc go na szyi. Ten mini klimatyzator wyposażony jest w automatyczną regulację trybów pracy oraz czujniki temperatury i wilgotności. Dzięki innowacyjnym technologiom Reon Pocket 5 dostosowuje swoje działanie w zależności od aktywności użytkownika i warunków otoczenia. Użytkownicy mogą łatwo regulować temperaturę za pomocą dedykowanej aplikacji mobilnej połączonej przez Bluetooth. Dodatkowo dla wygody dostępne są specjalnie zaprojektowane koszulki i spodenki, do których można doczepić mini klimatyzator. Urządzenie może och ... >>

Energia z kosmosu dla Starship 08.05.2024

Wytwarzanie energii słonecznej w przestrzeni kosmicznej staje się coraz bardziej wykonalne wraz z pojawieniem się nowych technologii i rozwojem programów kosmicznych. Szef startupu Virtus Solis podzielił się swoją wizją wykorzystania statku kosmicznego SpaceX do stworzenia orbitalnych elektrowni zdolnych zasilić Ziemię. Startup Virtus Solis zaprezentował ambitny projekt stworzenia elektrowni orbitalnych przy użyciu statku Starship firmy SpaceX. Pomysł ten mógłby znacząco zmienić dziedzinę produkcji energii słonecznej, czyniąc ją bardziej dostępną i tańszą. Istotą planu startupu jest obniżenie kosztów wystrzeliwania satelitów w przestrzeń kosmiczną za pomocą Starship. Oczekuje się, że ten przełom technologiczny sprawi, że produkcja energii słonecznej w kosmosie stanie się bardziej konkurencyjna w stosunku do tradycyjnych źródeł energii. Virtual Solis planuje budowę dużych paneli fotowoltaicznych na orbicie, wykorzystując Starship do dostarczenia niezbędnego sprzętu. Jednak jedno z kluczowych wyzwań ... >>

Nowa metoda tworzenia potężnych akumulatorów 08.05.2024

Wraz z rozwojem technologii i coraz większym wykorzystaniem elektroniki, kwestia tworzenia wydajnych i bezpiecznych źródeł energii staje się coraz pilniejsza. Naukowcy z Uniwersytetu w Queensland zaprezentowali nowe podejście do tworzenia akumulatorów cynkowych o dużej mocy, które mogą zmienić krajobraz branży energetycznej. Jednym z głównych problemów tradycyjnych akumulatorów wodnych było ich niskie napięcie, co ograniczało ich zastosowanie w nowoczesnych urządzeniach. Ale dzięki nowej metodzie opracowanej przez naukowców udało się pokonać tę wadę. W ramach swoich badań naukowcy zajęli się specjalnym związkiem organicznym – katecholem. Okazało się, że jest to ważny element, który może poprawić stabilność akumulatora i zwiększyć jego wydajność. Takie podejście doprowadziło do znacznego wzrostu napięcia akumulatorów cynkowo-jonowych, czyniąc je bardziej konkurencyjnymi. Zdaniem naukowców takie akumulatory mają kilka zalet. Mają b ... >>

Zawartość alkoholu w ciepłym piwie 07.05.2024

Piwo, jako jeden z najpopularniejszych napojów alkoholowych, ma swój niepowtarzalny smak, który może zmieniać się w zależności od temperatury spożycia. Nowe badanie przeprowadzone przez międzynarodowy zespół naukowców wykazało, że temperatura piwa ma znaczący wpływ na postrzeganie smaku alkoholu. Badanie prowadzone przez naukowca zajmującego się materiałami Lei Jianga wykazało, że w różnych temperaturach cząsteczki etanolu i wody tworzą różnego rodzaju skupiska, co wpływa na postrzeganie smaku alkoholu. W niskich temperaturach tworzą się bardziej piramidalne skupiska, co zmniejsza ostrość smaku „etanolu” i sprawia, że napój ma mniej alkoholowy smak. Wręcz przeciwnie, wraz ze wzrostem temperatury grona stają się bardziej łańcuchowe, co skutkuje wyraźniejszym alkoholowym posmakiem. To wyjaśnia, dlaczego smak niektórych napojów alkoholowych, takich jak baijiu, może zmieniać się w zależności od temperatury. Uzyskane dane otwierają nowe perspektywy dla producentów napojów, ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum

Ekspresowe neurony 30.09.2014

Standardowa forma komórki nerwowej jest reprezentowana w następujący sposób: kilka rozgałęzionych procesów - dendrytów i jeden długi nierozgałęziony proces - akson odchodzi od ciała neuronu. Poprzez dendryty neuron otrzymuje impulsy od sąsiednich komórek, poprzez akson przekazuje impulsy dalej, a impulsy z konieczności przechodzą przez ciało komórki - wszak z niego pochodzą zarówno akson, jak i dendryty. Jest to ogólny schemat budowy wszystkich neuronów i bez względu na to, jak rozgałęziają się jego procesy i nieważne, ile ich jest, ciało komórki zawsze będzie „punktem początkowym” dla reakcji elektrochemicznej przebiegającej wzdłuż błony.

Tym bardziej zaskakujące było odkrycie neuronaukowców z uniwersytetów w Bonn i Heidelbergu (Niemcy), którzy odkryli neurony z aksonami wyrastającymi bezpośrednio z dendrytów. Christian Thome, Alexey Egorov i ich koledzy opisali swoje odkrycie w czasopiśmie Neuron.

W mózgu myszy, a raczej w hipokampie, który jest jednym z najważniejszych ośrodków pamięci i orientacji w przestrzeni, znaleziono nowy typ komórki. Wiele neuronów w hipokampie, zwanych komórkami piramidalnymi, jest niezwykle rozgałęzionych: zbierają informacje z wielu innych neuronów, więc nie mogą obejść się bez gęsto rozgałęzionych dendrytów.

Naukowcy postanowili przeanalizować kontakty międzykomórkowe neuronów piramidalnych z ich sąsiadami i w tym celu zmodyfikowali neurony, dostarczając im białko fluorescencyjne, które wyznaczało podstawy procesów komórkowych. Okazało się, że w około połowie komórek akson odchodzi nie od ciała komórki, ale od dendrytu, od jego dolnej części, najbliższej ciału komórki. Hipokamp podzielony jest na kilka stref strukturalnych i funkcjonalnych, a w każdej z nich udział komórek nietypowych był inny, ale nie ma wątpliwości, że takich komórek jest naprawdę wiele.

Taka niezwykła struktura powinna w jakiś sposób wpłynąć na funkcjonowanie komórek. Rzeczywiście okazało się, że dendryty, z których wyrasta akson, łatwiej reagują na stymulację – na przykład potrzebowały mniej neuroprzekaźnika do wyzwolenia impulsu. Innymi słowy, takie dendryty miały niższy próg wzbudzenia, co oznacza, że mogły reagować na słabe sygnały.

Na bodziec zewnętrzny, który przechodziłby przez taki dendryt, komórka (i połączony z nią łańcuch nerwowy) reagowałaby szybciej, nie czekając na zwiększenie mocy bodźca zewnętrznego. Aktywność takich neuronów jest oczywiście trudna do stłumienia i mogą być zaprojektowane do przekazywania informacji o szczególnym znaczeniu. Jednak praca nieprawidłowych neuronów pozostaje do zbadania i zbadania. Nie szukano ich jeszcze w ludzkim mózgu, biorąc pod uwagę, że ludzki hipokamp i hipokamp myszy powtarzają się nawzajem i najprawdopodobniej naczelne również mają takie komórki.

Zobacz całość Archiwum wiadomości z nauki i techniki, nowa elektronika

Wszystkie języki tej strony

Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn