Licht weerkaatst door een spiegel, maar waar vindt deze reflectie precies plaats? We zullen, het hangt er van af, Martin van Exter en Corné Koks ontdekten. Hun nauwkeurige berekeningen, gepubliceerd in Optica Express , hebben toepassingen in het ontwerp van optische holtes voor kwantumcommunicatie.

"Om u de waarheid te vertellen, veel onderzoekers zijn een beetje slordig geweest, " zegt Martin van Exter, het bespreken van eerder werk. "We hebben een aantal i's gestippeld en een aantal t's gekruist." Van Exter heeft het over gedistribueerde Bragg-reflectoren (DBR's), het standaard type spiegel dat in de natuurkunde wordt gebruikt. Ze zijn gemaakt van gestapelde glaslagen met afwisselende brekingsindexen. Van Exter zegt, "Ze werken heel goed. Door gewoon voldoende lagen te stapelen, u kunt tot 99,99% reflectie bereiken."

Maar een consequentie van het gebruik van glas is dat licht gedeeltelijk de spiegel binnendringt. Hoe diep gaat deze penetratie? Van Exter en Ph.D. student Corné Koks ging op zoek.

"We gebruiken deze spiegels om optische holtes te maken. Twee kleine spiegels tegenover elkaar, met het licht dat heen en weer weerkaatst. Vrij kleine spiegels, te, " zegt Van Exter. De afstand tussen de spiegels is slechts 2 of 3 micrometer, ongeveer een 50ste van de dikte van een haar. Dit is slechts iets groter dan de golflengte van het licht. "Dus voor ons het maakt uit hoe ver het licht de spiegel doordringt."

Penetratie diepte

Koks en Van Exter voerden een grondige wiskundige analyse uit van het gedrag van elektromagnetische straling in DBR's, en concludeerde dat er drie verschillende penetratiediepten zijn, afhankelijk van wat men wil meten.

Licht in een holte kan een staande elektromagnetische golf zijn, met knooppunten (waar de amplitude nul is) en antinodes (waar de amplitude maximaal is). Het punt in de spiegel waar het knooppunt zich bevindt, werd door Van Exter en Koks de fase-penetratiediepte genoemd. "Deze penetratiediepte is niet erg diep, meestal bijna op het oppervlak van de spiegel, ', zegt Van Exter. 'Dat geldt voor licht van één golflengte. Maar soms, je gebruikt geen enkele golflengte, maar een pols. Als je berekent hoe snel deze puls terugkeert, en dus van welke diepte, de indringdiepte blijkt groter te zijn. Dit, we noemen de frequentie-penetratiediepte." de fysici definieerden een derde modale penetratiediepte, toepasbaar voor een scherp gerichte lichtstraal.

Slordige berekeningen

De conclusie is dat er drie verschillende penetratiedieptes zijn. De keuze welke u wilt gebruiken, hangt af van wat u precies wilt meten. "Dit zijn geen revolutionaire veranderingen, " zegt Van Exter, "maar we laten dit wel voor het eerst zien, en we merken op dat natuurkundigen vaak slordig zijn bij het berekenen van hun optische instellingen."

De verschillen zijn belangrijk voor optische holtes gemaakt door de onderzoeksgroep van Van Exter. Deze kunnen in de toekomst mogelijk worden gebruikt voor kwantumcommunicatie. Van Exter zegt:"Een van de heilige gralen is om de kwantumtoestand van een foton over te brengen naar een enkel atoom of molecuul, of vice versa. Dat kun je misschien doen door het licht heen en weer te reflecteren in een optische holte die één atoom bevat. Maar dan moet je wel de exacte grootte van je gaatje kunnen berekenen, en daarom de diepte van uw spiegel."