¿Cuanta luz pasa a través de un punto?

Question

Analogía: un número infinito de líneas puede pasar a través de un punto. ¿Hay un límite en el número de láseres que pueden pasar por un punto? Obviamente, con láser, el "punto" sería una esfera con el diámetro de las barras.

Answer 1

Las otras respuestas han tratado bastante bien lo que ocurre en un vacío. Sin embargo, la situación es bastante diferente en un medio, y de hecho hay ciertas limitaciones fundamentales, que significa que usted absolutamente no debe ir por encima de una cierta intensidad en el material de los medios de comunicación.

El nombre del juego es Kerr lentes. El efecto Kerr es la más básica de óptica no lineal de los fenómenos en isotrópica medios de comunicación, y que esencialmente dice que si la intensidad de la luz es lo suficientemente grande, se comienzan a afectar el índice de refracción: en la intensidad de la $I$ el índice de refracción se puede aproximar así como $$n=n_0+n_2I,$$ donde típicamente $n_2>0$. Esto suena bastante inocente, pero en realidad puede ser catastrófico. La razón es que los rayos de luz tienden a ser más intenso en el centro, lo que significa que la no linealidad hará que el medio ópticamente más gruesa ahí. Es decir, la luz se encuentra con un medio con un ópticamente gruesa región rodeada por ópticamente las regiones más delgadas, y esto es precisamente lo que un lente convexo parece. Por lo tanto, la luz se enfoque un poco.

Usted puede ahora ver el problema: puesto que la luz se centra un poco más apretada, la intensidad en el centro se hace más fuerte, el medio se vuelve más gruesa, y aún más el enfoque. Pasado un cierto umbral, se obtiene un bucle de retroalimentación positiva en la que el haz de auto-se centra en un lugar pequeño y donde la intensidad es tan grande que se puede y se cruza el umbral de daño del medio.

Esto es bastante malo que la ejecución de su láser a una intensidad lo suficientemente alta para que el auto-enfoque a la materia es una receta para arruinar su láser, y que por lo general obtener una cadena de daños como el haz de-se centra en zonas dañadas y re-enfoca hacia abajo de la línea. Este tipo de daño durante mucho tiempo fue el factor limitante en la obtención de un alto pico de potencia de los láseres,

^{(Fuente de la imagen)}

hasta el advenimiento de la Amplificación del Pulso por trino, que le permite estirar su pulso en el tiempo, amplifican en una caja fuerte intensidad, y comprimir de nuevo a una corta duración. Y, por supuesto, después de haber sido comprimido en aquel entonces cualquier transmisión óptica deben ser cuidadosamente diseñado para evitar la ruina de la totalidad de la línea de luz.

Por supuesto, si usted simplemente desea enfocar la luz tanto como usted puede en un solo punto, usted puede centrarse múltiples haces en un lugar vacío. Sin embargo, si usted hace esto en un gas, se corre el riesgo de caer en contra de un pequeño pero distinto de cero $n_2$, y no necesita ser cuidadoso.

Answer 2

Hay un límite, aunque no estoy seguro exactamente dónde límite.

Sabemos que debe haber un límite, porque si te concentras lo suficiente energía en un pequeño volumen que obtiene un agujero negro. Sin embargo, este límite es de lejos, muy por encima de lo que podemos lograr en (por ejemplo) el NIF.

Los fotones son bosones así que no hay límite a la cantidad que puede empacar en el mismo volumen. En principio, esto le permite enfocar cualquier cantidad de luz por debajo del agujero negro en el límite. Clásicamente la luz no interactuar con la misma, pero la mecánica cuántica permite que los fotones que interactúan mediante la creación virtual de pares electrón-positrón. Se supone crear algunos problemas tratando de paquete de fotones en el mismo volumen, aunque no sé cuál de los límites sería.

Ha habido varias preguntas relacionadas con esto, de que la Dispersión de la luz por la luz: la condición experimental parece ser la más útil. Varias otras preguntas acerca de fotón-fotón interacciones no han tenido respuesta.

Answer 3

Fotones son sin masa, por lo que no hay nada parar cualquier cantidad de ellos de estar en el mismo lugar al mismo tiempo. Lo único que puedo pensar en que podría ser interesante es que, dependiendo de la wavelength(s) de la oambos y fase de cada haz de luz en el espacio, usted podría tener interferencia destructiva o constructiva.

Answer 4

Los rayos de luz tienen una extensión espacial y que será macroscópica suficiente para la declaración de que la intersección en un punto , se define como la intersección de la central de rayos de cada viga, tendrá una pelota alrededor de la clásica dimensiones, digamos micrones cúbicos. En este espacio uno esperaría que el primer clásico de interferencias, y a medida que la intensidad aumenta los efectos cuánticos de segundo orden de los diagramas de Feynman que puede destruir los patrones de interferencia por los cambios en los fotones de la dirección. Si la frecuencia es suficientemente alta, mayor que la masa del electrón ( 0.5 Mev de energía gammas), a continuación, la producción de par se iniciará a partir de orden superior diagramas (y la pelota se expandir ) . El vínculo entra en detalles sobre cómo hacer un gamma gamma de hadrones.

Si uno va a volúmenes más pequeños, a continuación, el nanómetros cúbicos de la propuesta de la viga uno podría empezar a golpear en el Principio de Incertidumbre de Heisenberg, es decir, si uno sabe la exactitud de la frecuencia muy bien , la intersección se hacen borrosas, que va a poner un límite a la disminución de volumen en el que se podría aumentar la intensidad de la viga, y en ese sentido hay un límite de acuerdo a la mecánica cuántica que no existe para el clásico de la óptica de rayos.

Answer 5

El punto importante en su pregunta es el punto.

Según el principio de Huygens, cada punto del frente de onda es la fuente de una secundaria de la perturbación y las ondas que emanan de estos puntos se extienden en todas las direcciones con la velocidad de la onda.

Según de Broglie, la radiación exposiciones de naturaleza dual, cada partícula (fotón) es acompañado con una ola.

Si usted hace un punto agujero como mucho tamaño mínimo que se desea, según el principio de Huygens debe ser una fuente de perturbación secundaria y una onda debe emanar de ella, si emana de onda de los fotones también deben ser acompañados con ella. Entonces, yo creo que no hay límite para el punto a través del cual pasa la luz. Si decimos que no hay límite para el punto a través del cual pasa la luz, entonces estamos diciendo indirectamente que limitan el punto no es la fuente de secundaria de la perturbación y las olas no puede emanar de ella. Esto viola el principio de Huygen, creo que esto no puede suceder.