Young'un Çift Yarık Deneyi
Işığın Dalga Davranışını Gözlemlemek İçin Yeni Bir Deney Yöntemi

- Blog Yazısı
Optik girdapların (OV'ler) varlığı, sıradan ışığın düz veya küresel dalga cephesinden farklı olarak spiral bir dalga cephesi sergilemesi nedeniyle son birkaç on yılda önemli bir ilgi görmüştür. 1992 yılında Allen ve arkadaşları, Laguerre-Gaussian ışınları üzerine teorik bir araştırma yaparak, spiral dalga cephesi taşıyan elektromanyetik dalgaların Maxwell denklemlerinin çözümleri olabileceğini ortaya koymuştur. OV'lerin ilgi çekici yönlerinden biri, yörüngesel açısal momentum (OAM) ile ilişkilendirilmiş olmalarıdır. Bu özellik, ışık ve madde arasındaki etkileşimi anlama konusunda yeni bir araştırma alanı açmaktadır. Işık, atomlar ve moleküller arasındaki OAM eşdeğerliğini araştırmak amacıyla çeşitli çalışmalar yürütülmüştür. Örneğin, OV'ler tarafından indüklenen elektronik geçişlerde yeni seçim kurallarını belirlemek için spektroskopik ölçümler yapılmıştır. Ayrıca, mikropartiküllerin tuzaklanması (optik cımbızlar), OV'lerin helisel yapısının malzemeler üzerindeki fiziksel etkileriyle malzemelere helisitenin aktarılması, enantiyoselektif kristal çekirdekleşmesi ve OAM dikroizmi gibi konular incelenmiştir. OV'lerin, merkezde sıfır yoğunluk içeren ışın profili özelliği, uyarılmış yayınım tükenmesi (STED) mikroskobunda uygulanmıştır. Işığın taşıdığı benzersiz faz yapısı ve OAM üzerine yapılan araştırmalar, parçacık manipülasyonu, görüntüleme, klasik ve kuantum optik iletişim gibi birçok alanda hızla gelişen bir araştırma sahası haline gelmiştir.
Görünür ışık dalga boyu aralığında optik girdaplar (OV) üretmek için çeşitli teknikler kullanılmıştır. Bu teknikler, TEM00 modundaki Gauss lazer ışınlarının dönüşümlerini içermektedir. Örnekler arasında spiral faz plakası, uzamsal ışık modülatörü, q-plaka optik cihazı ve bilgisayar holografisi gibi yöntemler bulunmaktadır. Son zamanlardaki teorik ve deneysel çalışmalar, helisel undülatörden geçen spiral hareketli elektronların yaydığı elektromanyetik dalgaların harmonik bileşenlerinin doğal olarak helisel bir faz yapısına sahip olduğunu ortaya koymuştur. Helisel undülatör radyasyonu, çembersel hareket eden elektronlardan yayılan elektromanyetik radyasyonun Lorentz dönüşümü olarak anlaşılabilir ve bu hareket, radyasyonun girdap özelliklerine yol açar. Bu bağlamda temel frekans bileşeni dairesel olarak kutuplanmıştır, ancak topolojik yükü sıfırdır. (l + 1). harmonik frekans bileşeni de dairesel olarak kutuplanmıştır, ancak topolojik yükü l'dir. Bu durum, (l + 1). harmonik bileşenin 1 birimlik spin açısal momentuma ve l birimlik yörüngesel açısal momentuma sahip olduğu şeklinde ifade edilebilir. Lazer ışınlarının modülasyonu yoluyla OV üretiminin aksine, spiral hareket eden elektronlardan gelen OV'ler doğrudan ışığın yayılma aşamasında üretilmektedir. Elektronların enerjisi ve hareket yarıçapı gibi fiziksel parametrelere bağlı olarak, radyasyon, radyo dalgalarından gama ışınlarına kadar tüm dalga boylarını kapsar ve doğada evrensel olarak mevcut bir olgu olarak kabul edilir. Sonuç olarak, OV'lerin evrensel bir varlığa sahip olma potansiyeli taşıdığı ve bu alandaki araştırma ufkunu genişleteceği öngörülmektedir.
Katoh ve arkadaşları, relativistik elektronların spiral hareketi sırasında yaydığı radyasyonun helisel faz yapısını Young'un çift yarık kırınım deneyini kullanarak gösterdiler. Helisel undülatörden gelen ikinci harmonik bileşeni içeren deneyde, tipik girişim desenlerinden farklı olarak merkezde bozulmuş ve kesintiye uğramış kırınım desenleri ortaya çıktı. Bu gözlem, helisel dalga cephesini ve merkezde bir faz tekilliğinin varlığını doğruladı, lazerle üretilen ışınlarla elde edilen sonuçlara benzer bir şekilde. Buna karşılık, undülatörün temel bileşeni aynı deneyde doğrusal kırınım çizgileri üretti. Bu bulgular, spiral yörüngelerde hareket eden bireysel elektronların OV üretip üretmediği ve her fotonun gerçekten bir spiral dalga cephesine sahip olup olmadığı gibi soruları gündeme getirdi. Helisel undülatörden elde edilen OV kanıtlarından sonra, bu soruların ortaya çıkması doğaldır çünkü yapılan ölçümler, OV'leri radyasyon ışını veya darbesi biçimindeki bir foton popülasyonu içinde karakterize etmektedir.
Young'un çift yarık girişim deneyi, ışığın dalga doğasını sergileme yeteneğiyle ünlüdür. Genellikle yüksek ışık yoğunluğu ve iki ışık akısı arasındaki girişim ile gerçekleştirilirken, tek foton durumunda son derece zayıf ışık kullanılarak yapılan deneyler, ışığın dalga-parçacık ikiliğini gösterebilir. Hamamatsu Photonics K.K. Merkezi Araştırma Laboratuvarı'nda gerçekleştirilen önemli bir çalışma, bu kavramı açıkça ortaya koymaktadır. Bu deneyde, fotonlar çift yarığa gönderilmiş, ancak birbirini takip eden fotonlar arasındaki mesafe, fotonların koherens uzunluğunu aşacak şekilde ayarlanarak aralarındaki girişim engellenmiştir. İki boyutlu bir foton sayma görüntüleyicisi (bir fotokatot, mikrokanal plakası (MCP) ve konum duyarlı dedektör içeren sistem) kullanılarak tespit edilen foton noktalarının zamanla entegrasyonu sonucu girişim desenleri oluşmuştur. Bu durum, tek bir fotonun çift yarıktan aynı anda geçtiğini ve kendi kendisiyle girişim yaptığını göstermektedir. Bu güçlü kanıt, tek bir fotonun hem parçacık hem de dalga olarak iki yönlü doğasını doğrulamaktadır.
Test Aşaması
Deneyler, UVSOR-III elektron depolama halkasının BL1U undülatör ışın hattında gerçekleştirildi ve son derece düşük akım modunda çalışılmıştır. Undülatör, 710 nm dalga boyunda dairesel polarize temel radyasyon üretecek şekilde ayarlandı. Işık, 355 nm dalga boyundaki ikinci harmonik radyasyonla birlikte vakum ışın hattından kuvars bir pencere aracılığıyla atmosfere çıkarılmıştır. Sadece 355 nm ışık, son derece dar bant geçiren bir filtre ile önemli ölçüde zayıflatıldıktan sonra yatay olarak konumlandırışmış çift yarıktan geçirildi. Çift yarık, optik ekseni merkezle kesecek şekilde hizalandı ve girişim desenleri başlangıçta standart bir CCD kamera kullanılarak yakalandı. Şekil 1a, 0,5 saniyelik pozlama süresiyle elde edilen sonuçları, Şekil 1b ise merkezi bölgenin farklı bir renk tonuyla büyütülmüş görüntüsünü göstermektedir.

Şekillerde, çift yarık girişimi sonucu oluşan saçakların yanı sıra karanlık merkezi bölgede uyumsuz girişim desenleri içeren tekillik açıkça görülmektedir. Bu sonuç, helisel undülatörden yayılan dairesel polarize radyasyonun ürettiği girişim desenlerinin optik girdapların (OV'ler) karakteristik özelliklerini taşıdığını kesin olarak göstermektedir. Karanlık alan ve saçaklardaki kopmalar, sırasıyla faz tekilliğinden (sıfır yoğunluk) ve dalga cephesinin spiral yapısından kaynaklanan faz farkından dolayı ortaya çıkmaktadır. Görüntünün yönü açısından x-ekseni, yatay yönü (yarıkların yönü), y-ekseni ise dikey yönü ifade etmektedir. CCD ekranında x-ekseni boyunca oluşan girişim saçakları, şu denklem ile tanımlanabilir:
y=Lλd[m+l2π{tan−1(xy1)−tan−1(xy2)}],\begin{array}{c}y=\frac{L\lambda }{d}\left[m+\frac{l}{2\pi }\left\{{{\text{tan}}}^{-1}\left(\frac{x}{{y}_{1}}\right)-{{\text{tan}}}^{-1}\left(\frac{x}{{y}_{2}}\right)\right\}\right],\end{array}
L, çift yarıktan kamera ekranına olan mesafe, λ dalgaboyu, y1 ve y2 iki yarığın optik eksenden olan uzaklıkları (dolayısıyla yarıklar arası mesafe d = y2 - y1). Verilen denklem, Lλ/d aralığında oluşan Young'un girişim saçaklarının, spiral dalga cephesinden kaynaklanan faz farkı nedeniyle optik eksen yakınında bozulduğunu göstermektedir. Şekil 1'de, deneysel parametreler kullanılarak ve ikinci harmonik için l = 1 alınarak hesaplanan girişim desenleri ince çizgilerle gösterilmiştir. Ölçüm sonuçlarının, faz tekilliğinin iki yarık arasında bulunduğu durum için öngörülen girişim saçaklarının karakteristikleriyle oldukça iyi örtüştüğü gözlemlenmiştir. Bu uyum, elde edilen bulguların geçerliliğini daha da desteklemektedir.
Daha sonra, Young'un girişim deneylerinde kullanılan foton algılama sistemiyle aynı şekilde tekil fotonları tespit edebilen kapılı yoğunlaştırılmış bir CCD (ICCD) kamera kullanılarak görüntü yakalama işlemi gerçekleştirildi. Şekil 2a, toplamda elde edilen 5000 kareden birini göstermektedir; burada görüntü yoğunlaştırıcının (l.l) kapı genişliği 200 μs olarak ayarlanmıştır. Tek kare görüntünün ikili (binarize) gösteriminde, yaklaşık 130 foton parlak noktalar olarak gözlemlenmektedir, ancak bunların dağılımında belirgin bir düzenlilik yoktur ve fotonlar rastgele dağılmış gibi görünmektedir. Şekil 2b, beş tek kare görüntünün entegre edilmiş halini göstermektedir; burada noktalar hala rastgele dağılmış gibi görünmektedir. Ancak, entegrasyon 100 kareye ulaştığında girişim saçakları belirginleşmeye başlar ve Şekil 2c'de, merkezdeki karanlık kırılmalarla birlikte net girişim saçakları görünür hale gelir. 5000 kare entegre edildiğinde (Şekil 2d), girişim saçakları tamamen gelişmiş ve belirgin bir desen oluşturmuştur.

Ölçümün tek foton rejiminde gerçekleştirildiğini doğrulamak için çeşitli hususlar dikkate alınmıştır. UVSOR senkrotron kaynağı, 90 MHz tekrar oranında 100 ps sürekli radyasyon darbeleri üretmektedir. Sonuç olarak, her 11 ns'de bir çift yarıklara 0.1 ns genişliğinde bir ışık darbesi ulaşmaktadır, bu da her 3.3 m'de bir 30 mm'lik bir ışık darbesine denk gelmektedir. Çift yarıklar ile ICCD kameranın fotokatodu arasındaki mesafe 1 m olduğundan, gözlem sisteminde her an yalnızca bir ışık darbesi bulunmaktadır. Bu deneyde, depolama halkası son derece düşük akım modunda çalıştırılarak çok zayıf ışık darbeleri üretilmiş ve ardından bu ışık, foton sayısını büyük ölçüde azaltan ultra dar bant geçiren bir filtreden geçirilmiştir. Gated ICCD kamera kullanılarak, 200 μs kapı genişliğinde ortalama 130 foton tespit edilmiştir. Kameranın yaklaşık %20 kuantum verimliliği göz önüne alındığında, ortalama olarak her 28 senkrotron radyasyon (SR) darbesinde bir foton tespit edilmiştir. Radyasyon darbesindeki foton sayısının Poisson dağılımına uyduğu varsayıldığında, bir darbe içinde tek bir foton bulunma olasılığı 3.4x10-2, iki veya daha fazla foton bulunma olasılığı ise 6.2x10-4 olarak hesaplanmıştır ve bu değer oldukça düşüktür. Ayrıca, deneyde ultra dar bant geçiren bir filtre kullanılarak yalnızca 355.00 nm dalga boyundaki ikinci harmonik radyasyon ölçülmüştür; bu ışık OV (optik girdap) özellikleri göstermektedir. Filtrenin yarı maksimum genişliği (FWHM) 0.17 nm'dir. Ölçüm koşulları altında tek bir fotonun koherens uzunluğu (0.74 mm), 30 mm'lik optik darbe uzunluğundan oldukça kısa olduğundan, tek bir radyasyon darbesinde birden fazla fotondan kaynaklanan etkileşimlerin ihmal edilebilir düzeyde olduğu sonucuna varılmaktadır. Bu nedenle, ölçümlerin tek foton rejiminde gerçekleştirildiğinden emin olunabilir.
Şekil 2e'de, foton sayım rejiminde ölçülen OV'nin Young'ın girişim saçaklarının merkez bölgesinin büyütülmüş bir görüntüsü sunulmaktadır. Açıkça görüldüğü gibi, saçaklarda belirgin kırılmalar ve hizalanma bozuklukları gözlemlenmektedir. Şekil 1'de açıklanan deneysel koşullara göre ince çizgiler, ölçülen sonuçlarla mükemmel bir uyum içindedir ve girişim saçaklarının bozulmalarını doğru bir şekilde yeniden üretmektedir. Bu durum, Şekil 2'de gösterilen girişim saçaklarının birikiminin, tek bir fotonun bile bir OV özelliğine sahip olmasının bir sonucu olduğunu güçlü bir şekilde kanıtlamaktadır. Burada, aynı undülatör kullanılarak fotoelektron girişiminin birikiminin gözlemlendiği yakın tarihli bir çalışma ile yapılan karşılaştırmaya da değinmek gerekir. Bu çalışmada, tek bir undülatör tarafından üretilen girdap fotonlarının, çift yarıklardan geçerek kendiliğinden girişime uğradığı görülmüştür. Öte yandan, iki ardışık undülatör tarafından üretilen bir çift ışık dalga paketi, helyum (He) atomlarını iyonize etmiş ve ortaya çıkan bir çift fotoelektron dalga paketi, zaman içinde birbirleriyle girişime girmiştir. Bu durum, enerji alanında girişim olarak gözlemlenmiştir.
Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, sitemizin/uygulamamızın çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, %100 reklamsız ve çok daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.
KreosusKreosus'ta her 50₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.
Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.
PatreonPatreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.
Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.
YouTubeYouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.
Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.
Diğer PlatformlarBu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.
Giriş yapmayı unutmayın!Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza üye girişi yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.
OV'nin karakteristik özelliklerini daha da doğrulamak için, aynı deneysel koşullar altında ancak farklı bir çift yarık yüksekliği kullanılarak ölçüm gerçekleştirildi. Bu durumda, optik eksen (yani OV'nin faz tekilliği) çift yarıkların dışında konumlandırıldı. 5000 çekimden elde edilen sonuç Şekil 3a'da gösterilmektedir. Bu görüntüde, girişim saçaklarının merkezinde neredeyse hiç kırılma veya bozulma olmadığı ve saçakların tipik bir şerit deseni sergilediği görülmektedir. Bu, OV'nin faz tekilliği çift yarıklar arasında konumlanmadığında, girişim saçaklarının faz farkının önemli ölçüde azalacağı beklentisiyle örtüşmektedir ve sıradan düzlem dalgalarıyla yapılan bir girişim deneyinin sonuçlarına benzemektedir. Ayrıca, foton sayım rejiminde undülatörden gelen girdap radyasyonunun doğası, çift yarığın tamamen kaldırılmasıyla da doğrulanmıştır (Şekil 3b). Bu durumda, elde edilen yoğunluk dağılımı, merkezinin eksik olduğu halka şeklinde bir ışın profili ortaya koymaktadır. Bu ayırt edici özellik, faz tekilliğinin varlığı nedeniyle merkezde sıfır yoğunluk gösteren girdap radyasyonuna özgüdür. Enine yöndeki yoğunluk dağılımı Şekil 2d ile karşılaştırıldığında, parlak ve karanlık bölgelerin neredeyse aynı konumlarda olduğu görülmektedir. Buradan, OV'nin girişim görüntüsünün gözlük şeklinde bir yoğunluk dağılımı sergilediği çıkarılabilir.

Foton sayım rejiminde undulatör vortex radyasyonu kullanılarak gerçekleştirilen Young'ın çift yarık girişim deneyleri, tek bir fotonun bile OV özelliklerine sahip olduğunu başarılı bir şekilde göstermiştir. Rastgele dağılmış tek çekim görüntülerinin entegrasyonu, OV'nin ayırt edici özelliklerine sahip girişim desenlerinin oluştuğunu ortaya koymuştur. Bu bulgu, helisel undulatör tarafından üretilen harmonik radyasyonun, tek foton seviyesinde bile OV özelliklerini koruduğunu doğrulamaktadır. Özetle, spiral hareket eden yüksek enerjili bir elektron tarafından kendiliğinden yayılan tek bir foton, doğuştan gelen helisel dalga cephesi özelliğini sergilemektedir.
Undulatörden yayılan OV'nin özellikleri yalnızca ultraviyole bölgesiyle sınırlı değildir, aynı zamanda aşırı ultraviyole ve X-ışını bölgelerinde de gözlemlenebilir. Bu foton enerji aralıklarında, spiral aralığı ultraviyole bölgesine kıyasla birkaç büyüklük mertebesi daha kısa hale gelir. Bu durum, malzemelerle etkileşimin daha belirgin hale geldiği fotoaşındırma gibi benzersiz fiziksel özelliklere yol açabilir. Ayrıca, malzemelerle artan etkileşim, yeni optik geçişler aracılığıyla ışık-malzeme etkileşimlerini araştırma ve anlama açısından yeni olanaklar sunar. Genel olarak, undulator vortex radyasyonu, X-ışını kırınımı ve görüntüleme alanlarında önemli bir potansiyele sahiptir ve bu alanlarda yeni bilimsel keşiflere ve uygulamalara kapı aralayabilir.
Deneysel Düzenek
Deneyler, UVSOR-III elektron depolama halkasının BL1U undulator ışın hattında, son derece düşük akım modunda (tipik olarak 0.1 mA) gerçekleştirilmiştir. Düşük enerjili bir senkrotron radyasyon (SR) kaynağı olan UVSOR-III, BL1U'nun, undulator ışığını görünür ve ultraviyole bölgelerinde ek optik elemanlara ihtiyaç duymadan doğrudan atmosfere çıkarmasına olanak tanır. Bu nedenle, ticari olarak temin edilebilen optik elemanlar ve CCD kameralar deneylerde kullanılabildi. APPLE-II undulator, OVs (optik girdap) özelliklerini sergileyen harmonikleri üretmek için dairesel polarizasyon modunda çalıştırılmıştır. Undulatörde spiral hareket gerçekleştiren elektron ışını, monokromatör kullanılmadan 710 nm dalga boyunda yarı-monokromatik temel ışık üretmiştir. Dar elektron ışını yayılımı nedeniyle, undulator radyasyonu uzaysal olarak koheren olup ultraviyole dalga boyu bölgesinde kırınım sınırlı hale gelmiştir.
Şekil 4a, deneyin şematik düzenini göstermektedir. İkinci harmonik bileşene karşılık gelen, 355 nm merkez dalga boyuna sahip dairesel polarize radyasyon, vakum ışın hattından kuvars bir pencere aracılığıyla atmosfere çıkarılmıştır. Radyasyon, bir iris diyaframı, ultra dar bant geçiren girişim filtresi ve bir polarizörden geçerek, 0.1 mm genişliğinde ve 1 mm aralıklı bir çift yarığa yönlendirildi. İris ve bant geçiren filtre, radyasyon ışınının merkez bölgesini çıkarmak ve undulator radyasyonunun temel 710 nm bileşenini ortadan kaldırmak için kullanıldı. Dikey olarak yerleştirilen polarizör, bükülme mıknatısından gelen yatay polarize radyasyonu engelleyerek yalnızca undulatörden türetilmiş ışığın geçmesine izin verdi. Optik elemanların kullanımı en aza indirilerek, deney çok düşük foton sayılarının tespit edilmesini sağlamış ve tek foton sayma rejimine yaklaşırken helisel dalga cephesi yapısını korumuştur.

Çift yarıktan geçen fotonlar, biri geleneksel diğeri ise kapılı ICCD kamera olmak üzere iki tür CCD kamera kullanılarak tespit edilmiştir. Çift yarık ile kameranın foton alıcı plakası arasındaki mesafe 1 metredir. Metal borular, çift yarık ile kamera arasında bağlantı sağlamak için kullanılmış ve ortam ışığını en aza indirmek amacıyla düzenek siyah bir bezle kapatılmıştır. Deney sırasında, ışın hattına yakın tavan ışıkları kapatılmıştır. Foton sayımı ölçümleri için kullanılan kapılı ICCD kamera sistemi 9.9 mm x 13.0 mm boyutlarında ışığa duyarlı bir alana sahip bir görüntü yoğunlaştırıcı ve 1024x1344 piksel çözünürlüğünde bir CCD kameradan oluşuyordu. ICCD kameranın 355 nm dalga boyundaki kuantum verimliliği yaklaşık %20 idi. ICCD kamera ile elde edilen deneysel veriler, 200 µs kapı genişliğine sahip 5.000 görüntü yakalanarak kaydedilmiştir. Veriler 16-bit TIFF dosyaları olarak saklandı ve ardından Python kullanılarak analiz, entegrasyon ve görselleştirme işlemleri gerçekleştirildi. Elde edilen görüntüler, eşik değerinin altındaki piksellerin sıfıra, üzerindeki piksellerin ise bire dönüştürüldüğü bir binarizasyon işlemi ile işlenmiştir. Eşik değeri, arka plan seviyesi olarak belirlenmiştir. İşlenen görüntülerdeki foton noktalarının sayısını ölçmek için ImageJ programı kullanılmıştır.
Optik Girdabın Çift Yarık Girişimi
Laguerre-Gauss modundaki ışığın elektrik alan vektörü şu şekilde yazılabilir:
E→(x,y,z,t)∝exp{i(kz−ωt+lϕ)},\begin{array}{c}\overrightarrow{E}\left(x,y,z,t\right)\propto exp\left\{i\left(kz-\omega t+l\phi \right)\right\},\end{array}
Burada k dalga sayısı, ω açısal frekans, ϕ açısal koordinat ve l ışığın yayılma yönü olan z ekseninde Kartezyen koordinatlarda açısal kuantum sayısıdır (topolojik yük). Böylece, belirli bir zamanda izotropik yüzey (dalga cephesi) şu şekilde ifade edilebilir:
kz+lϕ=const.\begin{array}{c}kz+l\phi =const.\end{array}
Bu denklemde, dalga cephesinin z ekseni etrafındaki helezonikliğini temsil eder.
Standart bir Young girişim deneyinde, ışığın fazı çift yarıktan geçerken sabit kalır. Sonuç olarak, girişim, çift yarıktan algılama plakasına kadar olan mesafeler arasındaki optik yol farkına bağlı olarak gözlemlenir. Ancak, OVs (optik girdaplar) durumunda, ışığın fazı çift yarıkların konumuna bağlı olarak değişir ve bu da yeni bir optik yol farkının oluşmasına yol açar. Bir referans çerçevesi oluşturmak için, x ekseninin yarıklara paralel olacak şekilde Kartezyen koordinatları tanımlanır, bu Şekil 4a'da gösterilmektedir. Çift yarıkların koordinatları, z ekseninden gözlemlendiği ise Şekil 4b'de gösterilmiştir. Işığın faz tekilliğinin, iki yarık arasında O noktası etrafında yer aldığı varsayılırsa, verilen bir x konumunda, (x, y1) ve (x, y2) noktalarındaki OV için optik yol farkı ve faz farkı, sırasıyla üçüncü denklem kullanılarak şu şekilde ifade edilebilir:
Δz=−lΔϕk=−lλΔϕ2π,\begin{array}{c}\Delta z=-\frac{l\Delta \phi }{k}=-\frac{l\lambda\Delta \phi }{2\pi },\end{array}

Burada λ ışığın dalga boyudur. Yarıklar üzerindeki iki noktadaki azimut açıları sırasıyla ϕ1 ve ϕ2 olarak kabul edilsin:
Δϕ≡ϕ1−ϕ2=tan−1(xy1)−tan−1(xy2).\begin{array}{c}\Delta \phi \equiv {\phi }_{1}-{\phi }_{2}={{\text{tan}}}^{-1}\left(\frac{x}{{y}_{1}}\right)-{{\text{tan}}}^{-1}\left(\frac{x}{{y}_{2}}\right).\end{array}
Şekil 4c'ye göre, toplam optik yol farkı, çift yarıktan geçtikten sonra normal optik yol farkı ve Δϕ ile tanımlanabilir:
Δs=dLy−lλΔϕ2π,\begin{array}{c}\Delta s=\frac{d}{L}y-\frac{l\lambda\Delta \phi }{2\pi },\end{array}
Ve parlak çizgiler, Δϕ = 2πm olduğunda oluşur, burada m bir tam sayıdır, x ve y ayrıca CCD kamera ekranındaki koordinatlardır, d yarıklar arasındaki mesafedir ve L, yarıklardan ekrana olan mesafedir. Böylece, kamerada görülen girişim çizgileri aşağıdaki denklemle tanımlanabilir:
y=Lλd(m+l2πΔϕ)=Lλd[m+l2π{tan−1(xy1)−tan−1(xy2)}].\begin{array}{c}y=\frac{L\lambda }{d}\left(m+\frac{l}{2\pi }\Delta \phi \right)=\frac{L\lambda }{d}\left[m+\frac{l}{2\pi }\left\{{{\text{tan}}}^{-1}\left(\frac{x}{{y}_{1}}\right)-{{\text{tan}}}^{-1}\left(\frac{x}{{y}_{2}}\right)\right\}\right].\end{array}
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- Allen L, Beijersbergen M. W., Spreeuw R. J. C. & Woerdman, J. P., et al. (Makale, 1992). Orbital Angular Momentum Of Light And The Transformation Of Laguerre–Gaussian Laser Modes.. Not: Phys. Rev. A 45, 8185–8189.
- Schmiegelow C. T. & Schmidt-Kaler F., et al. (Makale, 2012). Light With Orbital Angular Momentum Interacting With Trapped Ions.. Not: Eur. Phys. J. D 66, 157.
- Fan H. H., Tai Y. P., Li H. H., Li X. Z. & Zhan Q. W., et al. (Makale, 2023). Epicycle-Model-Guided Arbitrary Shaped Customization Of Structured Light.. Not: Appl. Phys. Lett. 122, 231104.
- Wei W. J., Zhu L. H., Tai Y. P. & Li X. Z., et al. (Makale, 2023). Cycloid-Structured Optical Tweezers.. Not: Opt. Lett. 48, 972–975.
- Hamazaki J.. (Makale, 2010). Optical-Vortex Laser Ablation.. Not: Opt. Express 18, 2144–2151.
- Toyoda K.. (Makale, 2013). Transfer Of Light Helicity To Nanostructures.. Not: Phys. Rev. Lett. 110, 143603.
- Sakamoto M.. (Makale, 2021). Chirogenesis And Amplification Of Molecular Chirality Using Optical Vortices.. Not: Angew. Chem. Int. Ed. 60, 12819–12823.
- Sirenko A. A.. (Makale, 2021). Total Angular Momentum Dichroism Of The Terahertz Vortex Beams At The Antiferromagnetic Resonances.. Not: Phys. Rev. Lett. 126, 157401.
- Harke B.. (Makale, 2008). Resolution Scaling In Sted Microscopy.. Not: Opt. Express 16, 4154–4162.
- Lian Y.. (Makale, 2022). Oam Beam Generation In Space And Its Applications: A Review.. Not: Opt. Lasers Eng. 151, 106923.
- Porfirev A., Khonina S. & Kuchmizhak A., et al. (Makale, 2023). Light–Matter Interaction Empowered By Orbital Angular Momentum: Control Of Matter At The Micro- And Nanoscale.. Not: Prog. Quant. Electron. 88, 100459.
- Beijersbergen M. W., Coerwinkel R. P. C., Kristensen M. & Woerdman J. P., et al. (Makale, 1994). Helical-Wavefront Laser Beams Produced With A Spiral Phaseplate.. Not: Opt. Commun. 112, 321–327.
- Mirhosseini M.. (Makale, 2013). Rapid Generation Of Light Beams Carrying Orbital Angular Momentum.. Not: Opt. Express 21, 30196–30203.
- Marrucci L., Manzo C. & Paparo D., et al. (Makale, 2006). Optical Spin-To-Orbital Angular Momentum Conversion In Inhomogeneous Anisotropic Media.. Not: Phys. Rev. Lett. 96, 163905.
- Carpentier A. V., Michinel H., Salgueiro J. R. & Olivieri D., et al. (Makale, 2008). Making Optical Vortices With Computer-Generated Holograms.. Not: Am. J. Phys. 76, 916–921.
Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?
Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:
kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci
Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 25/04/2025 15:14:43 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/20224
İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.