ปรากฏการณ์ทัศนศาสตร์สนามใกล้ : จากทัศนศาสตร์แบบดั้งเดิมถึงทัศนศาสตร์ควอนตัม
Optical Near-Field Effects: Classical to Quantum Optics
Keywords:
ปรากฏการณ์ทาร์บอท , ปรากฏการณ์เลา , ปรากฏการณ์ทัศนศาสตร์สนามใกล้ , ทัศนศาสตร์ควอนตัม, Talbot effect, Lau effect, Optical near-field effects, quantum opticsAbstract
ปรากฏการณ์ทาร์บอท เลา และทาร์บอล-เลา เป็นปรากฏการณ์ทัศนศาสตร์สนามใกล้ ซึ่งสามารถใช้ในงานวิจัยทัศนศาสตร์ได้ทั้งกับแสง อัลตราซาวด์ รังสีเอ็กซ์ รวมถึงอะตอม และโมเลกุลในระบบที่ไม่ต้องใช้เลนส์ โดยปรากฏการณ์นี้ใช้ได้ทั้งกรณีทัศนศาสตร์แผนเดิม และทัศนศาสตร์ควอนตัม บทความฉบับนี้จะรวบรวมงานวิจัยของทัศนศาสตร์สนามใกล้นี้ โดยเริ่มจากทฤษฎีของทาร์บอท เลา และทาร์บอท-เลา ตลอดจนลวดลายพรมของแสง หรือลวดลายพรมควอนตัม การนำไปประยุกต์ใช้ในการสร้างเครื่องมือ ตัวอย่างเช่น เครื่องมือวัดระยะทาง การถ่ายภาพรังสีเอ็กซ์ การวัดความยาวโฟกัสของเลนส์ เป็นต้น นอกจากนั้นยังสามารถนำไปใช้พิสูจน์ทฤษฎีควอนตัม โดยเฉพาะทัศนศาสตร์ควอนตัม ในเรื่องของทฤษฎีทวิภาพของคลื่น และอนุภาคได้ Talbot, Lau and Talbot-Lau effects are an optical near-field effect. They are frequently used in lensless imaging applications with light, ultrasound, x-rays, atoms and molecules. They can be employed in both of classical and quantum optics. This article reviews the concept of Talbot, Lau, and Talbot-Lau effects as well as carpets of light or quantum carpets. The effects have been demonstrated to various applications such as a displacement sensor, x-ray imaging, measuring the focal length of a lens, and some more on measurements and instrumentations. Also in the fundamental investigations, these near-field effects have been used to explore the quantum physics, particularly quantum optics phenomena, e.g. the wave-particle duality. The use of near-field effects to prove this wave-particle duality is reviewed here.References
Berman, Hrsg., P. R. (1997). Atom Interferometry Acad. Press, New York.
Berninger, M., Stefanov, A., Deachapunya, S., & Arndt, M. (2007). Polarizability measurements of a molecule via a near-field mater-wave interferometer, Physical Review A, 76, 013607-1-013607-4.
Berry, M., Marzoli, I., & Schleich, W. (2001). Quantum carpets, carpets of light. Physics World, 14, 1078-1083.
Bhattacharya, J. C. (1989). Measurement of the refractive index using the Talbot effect and a moire technique. Applied Optics, 28, 2600-2604.
Brezger, B., Hackermueller, L., Uttenthaler, S., Petschinka, J., Arndt M., & Zeilinger, A. (2002). Matter-wave interferometer for large molecules. Physical Review Letters, 88, 100404-100407.
Case, W. B., Tomand, M., Deachapunya, S., & Arndt, M. (2009). Realization of Optical Carpets in the Talbot and Talbot-Lau Configurations. Accepted to Optics Express.
Chapman, M. S., Ekstrom, C. R., Hammond, T. D., Schmiedmayer, J., Tannian, B. E., Wehinger, S., & Pritchard, D. E. (1995). Near-field imaging of atom diffraction gratings: The atomic Talbot effect. Physical Review A, 51, R14-R17.
Clauser, J. F., & Li, S. (1994). Talbot-vonLau atom interferometry with cold slow potassium. Physical Review A, 49, R2213-R2216.
Davisson, D., and Germer, L. (1927). The scattering of electrons by a single crystal of nickel. Nature, 119, 558.
Deachapunya, D., Stefanov, A., Berninger, M., Ulbricht, H., Reiger, E., Doltsinis N. L., & Arndt, M. (2007). Thermal and electrical properties of porphyrin derivatives and their relavance for molecule interferometry. Journal of Chemical Physics, 126, 164304-1-164304-7.
