Optische vezels zijn alomtegenwoordig, licht dragen waar het nodig is. Deze glazen tunnels zijn de hogesnelheidstrein van informatietransit, gegevens met ongelooflijke snelheden over enorme afstanden verplaatsen. Vezels zijn ook dun en flexibel, zodat ze in veel verschillende omgevingen kunnen worden ondergedompeld, inclusief het menselijk lichaam, waar ze worden gebruikt voor verlichting en beeldvorming.

Natuurkundigen gebruiken vezels, te, vooral degenen die atoomfysica en kwantuminformatiewetenschap bestuderen. Afgezien van het rondslingeren van laserlicht, vezels kunnen worden gebruikt om lichtvallen te maken voor supergekoelde atomen. Gevangen atomen kunnen sterker interageren met licht, veel meer dan wanneer ze vrij zouden bewegen. Deze nogal kunstmatige omgeving kan worden gebruikt om fundamentele natuurkundige vragen te onderzoeken, zoals hoe een enkel lichtdeeltje interageert met een enkel atoom. Maar het kan ook helpen bij de ontwikkeling van toekomstige hybride atoom-optische technologieën.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van het Joint Quantum Institute en het Army Research Laboratory hebben een snelwerkend, niet-invasieve manier om vezellicht te gebruiken om informatie over vezelvangers te onthullen. Deze techniek doet denken aan biomedische en chemische sensoren die vezels gebruiken om eigenschappen van nabijgelegen moleculen te detecteren. Vezelsensoren zijn een aantrekkelijk meetinstrument omdat ze vaak informatie kunnen extraheren zonder interessante fenomenen die zich voordoen volledig te verstoren. Het onderzoek verscheen als Editor's Pick in het tijdschrift Optica Letters . Het team publiceerde ook een overzichtsartikel over optische vezels op nanoschaal in het meest recente deel van Advances in Atomic, Moleculair, en optische fysica.

Typische optische vezels, zoals die worden gebruikt in communicatie en geneeskunde, hebben slechts een kleine hoeveelheid licht in de buurt van het buitenoppervlak, en dat is niet genoeg om atomen van een omringend gas te vangen. Natuurkundigen kunnen meer licht naar buiten duwen door de vezel te hervormen zodat deze eruitziet als een kleine zandloper in plaats van een tunnel. De taille van de zandloper is honderden nanometers, een paar keer de breedte van een mensenhaar en te klein om lichtgolven te bevatten die zich langs de binnenkant van de vezel voortplanten. Maar in plaats van gewoon te stoppen bij de vernauwing, het licht knijpt naar het buitenoppervlak. Wanneer natuurkundigen licht injecteren in beide uiteinden van zo'n vezel, de lichtgolven vormen samen een stationaire rimpel rond de vernauwing. Atomen zullen worden aangetrokken door dips in de golf en zich opstellen als een rij eieren in een doos.

Deze trapping is een voorbeeld van hoe licht atomen beïnvloedt, ze naar binnen trekken. Maar de relatie tussen licht en atoom is wederkerig:de aanwezigheid van atomen kan het licht veranderen, te. Lichtgolven, gestuurd in het ene uiteinde van een vezel op nanoschaal, zal informatie oppikken over de atomen in de buurt van de vezel, en breng het dan naar een detector aan het andere uiteinde van de vezel.

Elk gevangen atoom werkt als een knikker in een glazen kom. Wanneer geduwd, een knikker zal langs de zijkant van de kom rollen, terug naar beneden, en dan aan de andere kant omhoog. De snelheid van deze cyclus is gerelateerd aan de kromming van de kom:steilere wanden veroorzaken snellere cycli. Stel je nu voor dat je een zaklamp door één kant van de kom schijnt. Terwijl het heen en weer gaat, zal het marmer door de zaklampstraal blijven gaan. Het straalsignaal knippert aan en uit met de snelheid waarmee de knikker in de kom bewoog. Met andere woorden, de informatie over de knikkerbeweging, en daarom de vorm van de kom, is gecodeerd op de zaklampstraal.

In dit onderzoek, het team gebruikt laserlicht als sonde, analoog aan de zaklamp. Slechts 70 nanowatt aan vermogen wordt in de vezel geïnjecteerd, zachtjes schoppen de atomen in beweging. Net als bij marmer wiebelt, de atomen schommelen heen en weer in hun komvallen. In plaats van het sondelampje aan en uit te laten knipperen, de atoombeweging beïnvloedt de richting waarin de lichtgolven oscilleren. De snelheid van het atoom schommelen, die direct verband houdt met de vorm van de atoomval, worden op het licht afgedrukt als snellere of langzamere veranderingen.

Wanneer de lichtgolven hun reis voltooien en de vezel verlaten, het team vangt ze op met een detector om de atoom-lichtoscillaties continu te monitoren. Het proces is snel, duurt slechts een fractie van een milliseconde, en het kan naadloos worden geïntegreerd in een experimentele reeks.

Als het gaat om het meten van deze atoomvaleigenschappen, natuurkundigen willen verstoringen voorkomen. Dit kan moeilijk zijn omdat een van de meest effectieve manieren om atomen te onderzoeken, is ze met licht te beschieten, die ze kan verwarmen en zelfs uit hun vallen kan bevrijden. Deze conventionele methode is acceptabel omdat wetenschappers gewoon kunnen afkoelen en de atomen kunnen heroveren. In tegenstelling tot, de JQI-ARL-techniek gebruikt heel weinig licht en wordt in-situ gedaan, wat betekent dat het informatie verzamelt en verstoringen minimaliseert. Dit aantrekkelijke alternatief belooft atoomvezelexperimenten te stroomlijnen.