Физики объяснили причину устойчивости жидких световодов

Физики давно поняли, что столб жидкости можно использовать как световод, однако на практике этот способ применять очень сложно из-за неустойчивости жидкости в такой форме. Фундаментальное ограничение, имеющее название неустойчивости Рэлея-Плато, утверждает, что даже в условиях полной невесомости столб жидкости разрушается, если его длина превышает радиус кривизны поверхности жидкости.

Однако коллективу французских физиков из университета в г. Бордо удалось рассчитать условия, при которых можно преодолеть это фундаментальное ограничение и использовать более длинные жидкие световоды. Оказалось, что стабилизирующее действие оказывает давление светового излучения. Это явление было открыто в 2004 г. другим коллективом французских исследователей, среди которых был и автор нынешней работы Жан-Пьер Дельвиль (Jean-Pierre Delville).

Д-ру Дельвилю и его нынешним соавторам Этьену Брассле (Etienne Brasselet) и Режи Вуненбургеру (Regis Wunenburger) удалось разработать методику, которая осуществляет саморегулирование размеров столба жидкости и кривизны ее поверхности в зависимости от интенсивности лазерного излучения внутри жидкости. Тем самым у ученых появились новые возможности для создания жидких световодов и их различных применений.

В журнале Physical Review Letters ученые объяснили стабильность столба жидкости с проходящим внутри него светом балансом между давлением светового излучения и силами поверхностного натяжения. Расчеты показали, что можно достичь соотношения длины столба к его диаметру порядка 100. Ученые отмечают еще один интересный результат - баланс сил поверхностного натяжения и светового давления приводит к тому, что при колебании интенсивности излучения радиус кривизны меняется таким образом, чтобы стабилизировать столб жидкости. Проблема стабилизации была поставлена Рэлеем более ста лет назад, и лишь теперь она сможет получить практическое решение.

В статье опубликована также экспериментальная часть, где описаны примеры стабилизации столбов жидкости длиной порядка миллиметра и толщиной в десятки микрометров, роль интенсивности и других параметров излучения аргонового лазера. Исследование даст импульс разработкам нового направления в оптоэлектронике, использующем жидкости с возможностями регулирования их оптических свойств.