Луч Э́йри () — недифрагирующая форма волны, проявляющаяся в виде изгибающегося по мере распространения луча.
Физическое описание В сечении луч Эйри представляет собой область, на которую приходится основная интенсивность, яркость соседних областей последовательно затухает, сходясь к нулю в бесконечности. На практике луч усекается, чтобы получить конечные значения в ограниченной области.
Распространяясь, луч Эйри не подвергается дифракции, то есть не расплывается. Для этого луча характерно свободное ускорение: по мере распространения он отклоняется от первоначального направления, формируя дугу параболы.
История Термин «луч Эйри» происходит от интеграла Эйри, введённого в 1838 году Джорджем Бидделем Эйри для объяснения оптических каустик, таких как те, что проявляются в виде радуги[ «Scientists make first observation of Airy optical beams»].
Существование луча Эйри впервые было теоретически предположено Майклом Берри и в 1979 году. Они продемонстрировали решение в виде нерасплывающегося волнового пакета Эйри для уравнения ШрёдингераМ. В. Берри, Н. Балаж, «Nonspreading wave packets», American Journal of Physics 47(3), 1979, pp. 264—267.
Впервые создать и наблюдать луч Эйри в виде одно- и двумерных конфигураций удалось исследователям Университета Центральной Флориды в 2007 году . В команду входили Георгиос Сивилоглу, Джон Броуки, Аристид Догариу и Димитриос Христодулидис (Georgios Siviloglou, John Broky, Aristide Dogariu, and Demetrios Christodoulides).
В одномерном случае луч Эйри является единственным сохраняющим форму волны ускоряющимся решением уравнения Шрёдингера для свободной частицы (то же справедливо для двумерной волновой оптики параксиальных лучей). Однако в двух измерениях (или для трёхмерных параксиальных оптических систем) возможны два решения: двумерные лучи Эйри и ускоряющиеся параболические лучиM.A. Bandres. Accelerating parabolic beams. Opt. Lett. 33, 1678—1680 (2008)..
Математическое описание Уравнение Шрёдингера в отсутствие потенциала:
имеет следующее недиспергирующее решение Эйри— «Наблюдение ускоряющихся лучей Эйри»:
где
— функция Эйри; — огибающая электрического поля; — безразмерная поперечная координата; — произвольный поперечный масштаб; — нормированное расстояние распространения (продольная координата);
Экспериментальное наблюдение
Георгиос Сивилоглу и соавторы успешно создали оптический луч Эйри в 2007 году. Для получения распространения Эйри луч с гауссовским распределением модулировался пространственным модулятором света. Результат был записан на ПЗС-камеру.
В 2013 году был впервые получен электронный луч ЭйриВпервые получен электронный луч Эйри. Компьюлента, 25 февраля 2013 года.
Применение Исследователи из Сент-Эндрюсского университета использовали луч Эйри для управления мелкими частицами, перемещая их вдоль линий и вокруг углов. Это может найти применение в микрофлюидике и клеточной биологииPhysOrg.com: «Свет бросает мяч по кривой» , 29 сентября 2008 года..
См. также Луч Бесселя
Примечания
Категория:Лазерная физика Категория:Волновая физика Категория:Квантовая механика