Wie kann man Licht manipulieren? Es hat keine Masse, es hat keine elektrische Ladung. Im Übrigen hat es auch keine Farbe oder schwache Ladung. Es scheint keine Möglichkeit zu geben, die Bewegungsrichtung zu ändern.

Schwarzes Loch

Die allgemeine Relativitätstheorie beschreibt, wie Massen in der Raumzeit eine Krümmung erzeugen können. Wenn Sie genug Masse haben, wird es deutlich gekrümmt. Licht folgt dieser Krümmung, weil das Licht „gerade“ wird, was in der gekrümmten Raumzeit gekrümmt wird. Direkt am Schwarzschild-Radius eines Schwarzen Lochs ist die Fluchtgeschwindigkeit die Lichtgeschwindigkeit. Das bedeutet, dass ein Photon, das versucht, direkt vom Schwarzen Loch wegzukommen, nicht weiter kommt, obwohl es sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt.

Das ist natürlich keine geschlossene Umlaufbahn. Wie Jerry Schirmer in den Kommentaren betonte, findet eine geschlossene Umlaufbahn bei $ r = 3M $ statt, wobei $ M $ die Masse des Schwarzen Lochs ist. Das Problem mit dieser Umlaufbahn ist, dass sie instabil ist. Jede Störung schickt das Photon entweder vom Schwarzen Loch weg oder lässt es in die Singularität spiralförmig werden. In beiden Fällen bricht es aus der geschlossenen Umlaufbahn ab.

Da ein Photon eine Energie hat, erzeugt es auch eine Raumzeitkrümmung. Ein sich bewegendes Photon strahlt daher Gravitationswellen aus, obwohl sie winzig sind. Sie sind jedoch ausreichend störend, um zu verhindern, dass die Umlaufbahn für immer geschlossen wird. Dies könnte verhindert werden, indem ein fester Lichtring verwendet wird, so dass die Massendichte entlang der Umlaufbahn konstant ist. Dann würden keine Gravitationswellen emittiert.

Wenn die Hawking-Temperatur des Schwarzen Lochs nicht genau mit der Temperatur des Umgebungsuniversums übereinstimmt (denken Sie an den kosmischen Mikrowellenhintergrund), wächst oder schrumpft das Schwarze Loch. Dies ändert den Radius der Umlaufbahn und verhindert auch ein umlaufendes Photon für die Ewigkeit.

Alles in allem ist dies sehr instabil und funktioniert nicht.

Siehe auch :

• https://en.wikipedia.org/wiki/Schwarzschild_radius
• https://en.wikipedia.org/wiki/Kruskal%E2%80%93Szekeres_coordinates

Wellenoptik

Eine andere Möglichkeit ist Lichtbrechung zu verwenden. Wenn Sie ein optisches Medium mit unterschiedlichen optischen Dichten (unterschiedlicher Brechungsindex $ n $) haben, wird sich auch das Licht biegen. So funktioniert ein Objektiv. Mit der richtigen Einstellung der Linsen kann man Licht brechen, um einen Pfad zu umgehen. Sie könnten sogar drei Spiegel aufstellen und das Licht in einem Dreieck herumlaufen lassen!

Die optische Faser ist etwas raffinierter, hat einen Gradienten der optischen Dichte und kann daher das Licht gleichmäßig lenken um eine Kurve.

Quantenelektrodynamik

Bei der Quantenelektrodynamik gibt es die winzige Wechselwirkung von Lichtstrahlen mit anderen Lichtstrahlen. Obwohl Licht an sich keine Ladung hat, kann es an virtuell geladene Fermionen koppeln und eine geschlossene Schleife erzeugen, die insgesamt vier Photonen koppelt. Wenn Sie in einer bestimmten Konfiguration genügend Licht haben, können Sie damit Lichtstrahlen biegen. Ich befürchte jedoch, dass dies in keinem Experiment realisierbar ist.

Siehe auch :

• https://en.wikipedia.org/wiki/Euler%E2%80%93Heisenberg_Lagrangian

Der Punkt?

Ein weiteres gültiges Problem wurde in den Kommentaren angesprochen: Wenn Sie Wenn diese Situation erfolgreich eingerichtet worden wäre, woher wissen Sie, dass sie funktioniert? Wenn Sie versuchen, das Photon zu beobachten, würden Sie es ändern. Wenn es etwas nach außen ausstrahlt (gestreutes Licht, Gravitationswellen), würde es mit der Zeit Energie verlieren und die Umlaufbahn verlassen.

Kommentare

• Ist Ist es durch Brechung oder Reflexion möglich, eine Schleife zu erstellen, damit, wenn Sie etwas Licht in das System einbringen, es für immer dort bleibt?
• Ja, fast, aber das Problem ist, dass Sie es nicht sehen würden, da kein Licht entweichen würde . In der Praxis gibt es auch geringe Verluste (leichte Erwärmung des Trägermaterials).
• Alle realistischen Spiegel und optischen Fasern weisen einen gewissen Verlust / eine gewisse Dämpfung auf, daher lautet die Antwort nein. Mit dem Schwarzen Loch könnten Sie versuchen, es im Schwarzschild-Radius aufzustellen, und dann könnte es für immer weitergehen, es sei denn etwas (Partikel, kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung) fällt in das Schwarze Loch oder Hawking-Strahlung lässt es zu schrumpfen. Im ersten Fall würde sich Ihr Licht in Richtung der Singularität drehen, im letzteren Fall würde es frei werden und entkommen. Also nein, realistisch ist es nicht möglich, es für immer zu tun.
• Die geschlossene Umlaufbahn eines Lichtstrahls liegt bei $ r = 3M $, nicht am Horizont. Es ist jedoch keine stabile Umlaufbahn. Ein ausgehender Lichtstrahl bei $ r = 2M $, dh einer am Horizont, bleibt für immer an einem festen Koordinatenpunkt, umkreist ihn jedoch nicht.
• @JerrySchirmer: Vielen Dank, dass Sie darauf hingewiesen haben. Ich hatte nicht genug darüber nachgedacht. Das stationäre Photon ist genau das, was erwartet wird, wenn die Fluchtgeschwindigkeit zur Lichtgeschwindigkeit wird, aber eine Raumzeit, die so stark gekrümmt ist, dass das Photon stationär ist, ist für meine Vorstellungskraft schwierig.

Bearbeitete Version mit zusätzlichen Informationen und Korrektur, dass @Jerry Schirmer falsch war. Er war direkt auf der Photonenkugel.

Dies erweitert einen Teil der Antwort, die Lichtbahnen in der Nähe von Schwarzen Löchern (BHs) und tatsächlich in anderen Gravitationsfeldern durchführen muss. Sie können in der Tat geschlossene Lichtbahnen in der Nähe, aber außerhalb von BHs haben, und es ist interessant, was sie darstellen. Sie könnten auch geschlossene Lichtkurven in der Kosmologie haben, aber nur in bestimmten Fällen und nicht in allen.

Um ein kugelförmiges (statisches, Schwarzschild) BH gibt es nur einen möglichen Weg, auf dem Licht umkreisen kann: Es befindet sich in einem Abstand R = 3/2 $ R_s $ = 3M, wobei M die BH-Masse und ist $ R_s $ der Horizont oder Schwarzschild-Radius des BH. Darauf hat @Jerry Schirmer in seinen Kommentaren richtig hingewiesen. Die Kugel in diesem Radius wird als Photonenkugel bezeichnet, und ein Photon in dieser Entfernung, das sich horizontal bewegt, umkreist und kehrt zurück. Alles, was näher drinnen oder weiter draußen ist, ist keine mögliche geschlossene Umlaufbahn für Licht.

Siehe Mathematik und Physik bei Wikipedia unter https://en.m.wikipedia.org/wiki/Photon_sphere

Sie können dort auch sehen (obwohl es sich nicht mathematisch ableitet), dass für ein Kerr BH (stationär, drehend) die einzige kreisförmige Umlaufbahn auf der Äquatorialebene liegt und es zwei mögliche unterschiedliche Umlaufbahnen entlang der BH-Drehung und dagegen gibt

Aber Körper mit Masse und genügend Impuls können in die Photosphäre eindringen und dennoch in einer elliptischen Umlaufbahn herauskommen. Auch ein beschleunigter Beobachter (dh kein freier Fall, sagen wir einer mit Raketenmotoren, die explodieren entfernt), kann sich innerhalb der Photonenkugel befinden und ihren radialen Abstand halten oder herausfliegen.

Aber jedes nach innen gesendete Photon (oder Licht) an der Photonenkugel fällt in das BH und jedes nach außen gesendete Photon Innerhalb der Photonenkugel, aber außerhalb des Horizonts, entweicht sie permanent.

Diese Lichtbahnen sind nicht stabil. Ein leichter Tritt lässt das Licht in den Horizont gelangen und ein leichter Tritt nach außen lässt es entweichen. Das Umlaufbahnen werden nicht lange dauern.

Beachten Sie, dass der Abstand der Photonenkugel außerhalb des Körpers liegen muss, wenn es sich nicht um ein BH handelt. Sie können diese Umlaufbahnen also um BHs herum haben, aber es kann auch außerhalb eines kleinen und dicht genug Neutronensterns passieren. Es ist unwahrscheinlich, dass ich gelesen habe, dass es eine kleine Chance um einen Neutronenstern gibt, mit dieser Photonenkugel außerhalb der Oberfläche des Neutronensterns und offensichtlich ohne Horizont.

Wie bei anderen Gravitationsbedingungen ist es möglich, eine kosmologische Lösung zu haben, bei der die räumlichen Hyperflächen 3 Kugeln geschlossen sind, d. h. die Robertson Walker-Lösung mit geschlossener positiver Krümmung für die Einstein-Gleichungen für das Universum. Diese Lösung wird von den Daten, die auf ein höchstwahrscheinlich flaches Universum hinweisen, nicht bevorzugt, aber die Unsicherheiten schließen dies nicht vollständig aus. Ein Lichtstrahl wird das Universum umrunden und hinter Ihnen zurückkehren – wenn Sie lange genug auf diese Reise gewartet haben „Ich würde mich sehen. HIER AUS DVORAKS KOMMENTAR UNTEN BEARBEITET Wie er darauf hinweist, dehnt sich das Universum zu schnell aus, als dass das Licht herumlaufen könnte, sogar ein geschlossenes Universum. Wahrscheinlich wäre der einzige Weg ein topologisches, nicht triviales Universum mit einer Region oder Grenze, die mit einer anderen verbunden ist B. in einer flachen PacMan-Topologie. END EDIT. Es gibt jedoch noch eine astronomische Suche nach möglichen Mehrfachbildern einer Galaxie oder eines Clusters, die darauf hinweisen könnten, dass die Geometrie verantwortlich ist. Natürlich gibt es keine derartigen Befunde.

Im interstellaren Film gibt es physikalisch halbgenaue simulierte Bilder des BH. Es ist eine andere Geschichte, wir sehen Licht um sie herum, aber es ist NICHT die Photonenkugel. Sehen Sie unten, wie es aussieht. Es stammt aus der PSE-Frage und den Antworten unter Was bedeutet diese Darstellung eines Schwarzen Lochs im Film Interstellar? Die Scheibe durch die Mitte des BH ist die Akkretionsscheibe der Materie, die umkreist und hineingezogen wird – sie ist hochenergetisch, viele Kollisionen und sehr heiß. Der Kreis ist das Bild der Lichtquellen hinter dem BH. sie biegen sich darum herum, wir sehen diese in Bildern von anderen realen astronomischen schweren Objekten, aber normalerweise nicht so gut definiert und manchmal nur mehrere Bilder derselben wenigen Sterne dahinter.

Siehe auch hier http://hubblesite.org/explore_astronomy/black_holes/encyc_mod3_q11.html wie BHs Licht biegen können, ähnlich wie bei den idealisierten / filmischen Effekten im Film, direkt unter

Kommentare

• Das Prinzip von Fermat ‚ verhindert, dass einfallendes Licht um ein Schwarzes Loch herum satellitisiert wird.
• Können Sie erklären, wie dies geschehen würde? Ist dies der Fall?
• Das Fermat-Prinzip sagt Ihnen, dass wenn das Licht ausgeht Wenn Sie einen Pfad in eine Richtung rauen, würde er denselben Pfad durchlaufen, wenn er in die umgekehrte Richtung gehen würde. Wenn das Licht also eine geschlossene Umlaufbahn durchführt, kann es niemals von außen darauf zugreifen.
• “ Ein Lichtstrahl wird das Universum umrunden und zurückkommen Sie “ – eh, nein, das Universum expandiert dafür zu schnell.
• Richtig, die Geometrie erlaubt es, die Expansion nicht. Ich werde bearbeiten. Danke @Jan Dvorak

Der räumlich geschlossene, lichtähnliche Pfad, der in der nicht-Minkowskschen Raumzeit entsteht, hat bereits wurde ausführlich von Bob Bees Antwort und Martin Uedings Antwort angesprochen. Ich werde mich also auf eine Antwort konzentrieren, die vollständig auf Maxwells Gleichungen für verlustfreie dielektrische Medien in flacher, Minkowskian Raumzeit basiert.

In diesem Fall ist die Antwort definitiv Ja, es handelt sich im Grunde genommen um die Idee einer Glasfaserschleife, und außerdem kann sie theoretisch auf verlustfreie Weise durchgeführt werden. Es ist nicht so seltsam oder wunderbar, wie die Idee zunächst scheint; in der Tat ist es einfach ein besonderer Fall eines Resonanzhohlraummodus , der als Flüstergaleriemodus bezeichnet wird. Ich habe zwei zweidimensionale dielektrische Strukturen ( dh von unendlicher Ausdehnung in der $ z $ -Richtung außerhalb der Seite und mit $ z $ -translationaler Invarianzsymmetrie) unten skizziert und wir werden sie analysieren in zylindrischen Polarkoordinaten unten gelten analoge Diskussionen für eine optische Faser mit kreisförmigem Querschnitt, die in einen Torus gebogen und mit Toroidkoordinaten analysiert wird, aber umso mehr machbar Das folgende Problem veranschaulicht die physikalischen Prinzipien gut.

Die Struktur auf der linken Seite ist ein Ring mit hohem Brechungsindex und endlichem Radius, der von Bereichen mit niedrigem Brechungsindex umgeben ist. Die Struktur auf der rechten Seite ist ein dielektrischer Bereich, der von einem perfekten Leiter umgeben ist. Ich sollte denken, dass eine vernünftige Interpretation Ihrer Frage lautet: „Können wir ein Feld mit dem Poynting-Vektor $ \ mathbf {S} $ tangential zum Ring oder im Wesentlichen in Richtung eines zunehmenden Polarwinkels einrichten, wie unten gezeigt?“.

Die Antwort (ich skizziere, wie man dies weiter unten zeigt) ist definitiv ja. Am Ende flüstern Sie Galeriemodi der Strukturen, dh in der linken Struktur, der Poynting-Vektor zeigt tangential zum Ringkanal (in der großen Strukturgrenze) und in beiden Strukturen das Feld Die Phase variiert überall als $ e ^ {i \, \ nu \, \ varphi} $, wobei $ \ nu $ eine ganze Zahl ist – eine sehr große große, wenn der Ring für die richtigen Phasengeschwindigkeiten viele Wellenlängen breit ist.

Der Punkt ist, dass diese Modi exakte Lösungen von Maxwells Gleichungen sind. Wie passt dieses Quadrat zu der bekannten Tatsache, dass beim Biegen einer optischen Faser Licht verloren geht, insbesondere im Fall von Gerät links oben?

Erstens sind diese Geräte nicht praktisch: Es gibt keine Möglichkeit, Licht in sie hinein oder heraus zu bringen. Zweitens entstehen Verluste zwar durch Biegungen, aber in diesen idealisierten Strukturen gibt es Resonanzbedingungen (die sich als Eigenwertgleichungen manifestieren, die ich unten skizziere), bei denen Strahlung in die Wellenleiterstruktur in der Nähe ihrer Abgangsstelle zurückgekoppelt wird und mit dem Nettoergebnis von Nullverlust und Nullleistungsübertragung in radialer Richtung aufgrund der genauen Form des Geräts und der Abstimmung dieser Form auf die Resonanzfrequenz. Es ist bekannt, dass eine Biegung mit konstanter Krümmung Modi wie die beschriebenen aufweist, aber wenn man es versucht Wenn Sie diese für verlustfreie Biegungen nutzen, müssen Sie Übergangsbereiche entlang der Faser haben, in denen sich die Krümmung ändert, damit Sie auf die Biegung zugreifen können. An diesen Stellen, an denen sich die Krümmung ändert, wird Strahlung abgegeben. Siehe:

William L Kath & G.A Kriegsmann, „Optisches Tunneln: Strahlungsverluste in gebogenen faseroptischen Wellenleitern“, IMA J. App. Math. 41 (2): 85-103 · Januar 1988

Das Gerät rechts ist weniger mysteriös, da eine perfekt leitende Barriere dem Licht eindeutig keine Möglichkeit lässt, diese Struktur zu verlassen. Das Licht kann unbegrenzt vom perfekten Leiter reflektiert werden, und wenn der Radius der Vorrichtung im Vergleich zur Wellenlänge groß ist, ist der Poynting-Vektor überall fast genau in Richtung des zunehmenden Polarwinkels.

Lösungsskizze

Ich werde die Riemann-Silberstein-Notation für das elektromagnetische Feld (im Grunde, weil ich alle Gleichungen, die ich brauche, aus früheren Arbeiten herausheben kann!); In dieser Notation sind die Feldvariablen die positiven Frequenzteile der Entitäten $ \ mathbf {F} _ \ pm = \ mathbf {E} \ pm i \, c \, \ mathbf {B} $. Die Maxwell-Curl-Gleichungen werden dann zu den beiden entkoppelten Gleichungen:

$$ i \, \ Partial_t \ Mathbf {F} _ \ pm = \ pm c \, \ nabla \ times \ mathbf {F} _ \ pm \ tag {1} $$

Mit etwas Grunzarbeit können Sie diese mit einer Lösung der Form $ \ mathbf {F} = e ^ {i \, \ nu \, \ varphi- lösen i \, \ omega \, t} \, (F_r (r), \, F_ \ varphi (r), \, F_z (r)) $ wo wir zylindrische Polarkoordinaten verwenden, muss $ \ nu $ ein sein Ganzzahl, um das Feld einwertig zu machen und:

$$ F_r (r) = \ frac {1} {r} \ left (a \, H_ \ nu ^ + (k \, r) + b \, H_ \ nu ^ – (k \, r) \ rechts) \ tag {2a} $$ $$ F_ \ varphi (r) = \ frac {i} {\ nu} \ frac {\ mathrm {d}} {\ mathrm {d} \, r} (r \, F_r (r)) \ tag {2b} $$ $$ F_z (r) = – \ frac {i \, k} {\ nu} r \, F_r (r) \ tag {2c} $$

wobei $ H_ \ nu ^ \ pm (k \, r) = J_ \ nu (k \, r) \ pm i \, Y_ \ nu ( k \, r) $ sind die Hankel-Funktionen (ich nenne sie aufgrund ihres asymptotischen Verhaltens von $ e ^ {\ pm i \, k \, r} $, gerne „nach innen“ und „nach außen“ dh ihre Annäherung an sich nach innen und außen ausbreitende Wellen). Wir schließen auch den Fall $ \ nu = 0 $ aus, da in diesem Fall die Phase nicht mit $ \ phi $ variiert, dh ist dies keine Lösung, bei der die Welle um den Ring läuft. Wir erhalten a links / rechts zirkular polarisierte Lösung $ \ mathbf {F} _ + $ / $ \ mathbf {F} _- $ zur Alternative $ + $ / $ – $ in (1), indem $ k $ positiv bzw. negativ gemacht wird. in (2).

Für das Gerät auf der linken Seite gehen wir wie folgt vor.

Die Kontinuität von Tangentialfeldkomponenten an Schnittstellen entspricht der Kontinuität der Funktionen $ G ( r) = r \, F_r (r) $ und $ \ mathrm {d} _r (G (r)) $ über die Schnittstellen hinweg.

Im zentralen Bereich innerhalb des Rings sind die Integrationskonstanten $ a $ und $ b $ sind gleich, um den logarithmischen Verzweigungspunkt Neumann (zweite Art der Bessel-Funktion) am Ursprung aufzuheben, so dass unsere Lösung physikalisch sinnvoll ist. Wir nehmen daher eine Lösung der Form $ J_ \ nu (k \, r) $ an im inneren Bereich. Im Bereich mit hohem Brechungsindex und im äußeren Bereich nehmen wir Lösungen der Form $ G (r) = a_ {co} \, H_ \ nu ^ + an (k_ {co} \, r) + b_ {co} \, H_ \ nu ^ – (k_ {co} \, r) $ im Bereich mit hohem Brechungsindex („Kern“) und $ G (r) = a_ {cl} \, H_ \ nu ^ + (k_ {cl} \, r) + b_ {cl} \, H_ \ nu ^ – (k_ {cl} \, r) $ in der Region „Verkleidung“.

Die Kontinuitätsbedingung von $ G (r) $ und $ \ mathrm {d} _r G (r) $ an jeder der beiden Schnittstellen ergibt vier Gleichungen für die Integrationskonstanten $ a_ {co} $ und $ b_ {co} $ im Kern $ a_ {cl} $ und $ b_ {cl} $ im Mantel.

Diese Gleichungen sind einfach, wenn auch chaotisch zu lösen.

Nun kann gezeigt werden, dass wenn $ | a_ {cl} | = | b_ {cl} | $, die radiale Komponente des Poynting-Vektors ($ \ mathrm {Re} \ left (-i \ sqrt {\ frac {\ epsilon} {\ mu}} (\ mathbf {F}) _ + \ times \ mathbf {F} _ + ^ * – \ mathbf {F} _- \ times \ mathbf {F} _- ^ *) \ right) $ in Riemann-Silberstein-Notation) dann die radiale Komponente der Potenz verschwindet und wir haben einen flüsternden Galeriemodus der Struktur: Es wird keine Energie von weitem in die Struktur hinein oder aus dieser heraus übertragen. Diese Bedingung, die den obigen Ausdrücken für $ a_ {cl} $ und $ b_ {cl} $ auferlegt wird, definiert eine Eigenwertgleichung für $ k $: Es gibt nur bestimmte Frequenzen, in denen diese Flüstergalerie-Modi existieren. Bei diesen Frequenzen tangiert der Poynting-Vektor den Kanal mit hohem Brechungsindex. Auch bei diesen Frequenzen ist der über die Querebene integrierte Poynting-Vektor ebenfalls nicht vorhanden.

Darüber hinaus gibt es nur eine begrenzte Anzahl solcher Resonanzen.

Es gibt immer Lösungen für die Integration Konstanten, und die Maxwell-Gleichungslösung stellt in diesem Fall den Fall dar, in dem eine kontinuierliche Energieübertragung über die Struktur aus der Ferne stattfindet: Der Wellenleiter wird einfach in ein Feld eingetaucht, dessen Stromquelle weit entfernt ist.

Das Gerät ist eingeschaltet Das Recht ist leichter zu analysieren. Hier müssen die radialen elektrischen Feldkomponenten am Leiter verschwinden, was die Eigenwertgleichung für $ k $ als $ J_ \ nu (k \, R) = 0 $ ergibt, wobei $ R $ der Radius des Wellenleiters ist. Wenn wir wählen Bei einem sehr großen Wert von $ \ nu $ ist das Feld in der Nähe des Außenleiters konzentriert, und der Poynting-Vektor ist in der Tat im Bereich des Hochfelds nahezu perfekt tangential zum Leiter.Es ist einfach, diese Eigenwertgleichung in so etwas wie Mathematica numerisch zu lösen. Zum Beispiel hat die Eigenwertgleichung $ J_ {500} (k \, R) = 0 $ die Lösung $ k \, R = 514.859311690494 $; Der Leser wird aufgefordert, Diagramme des Poynting-Vektors des durch $ F_r (r) = \ frac {1} {r} J_ {500} \ left (k \, \ frac {r} {R} \ right definierten Modus zu erstellen ) $ in (2).

Der „Sagnac-Effekt“ (und verwandte Effekte) bedeutet, dass er in nützlich ist Alle optischen Gyroskope, die Licht in einer Schleife herum und herum senden.

Also ein Ringlaserkreisel wird normalerweise als Dreieck mit drei Spiegeln eingerichtet, in dem Licht herum und herum geht. Es verliert Energie, weil z.B. Die Spiegel sind nicht perfekt, aber sie gewinnen Energie (zum Kompensieren), weil sie „ein Laser“ sind.

In einem IFOG , Licht geht in einer Glasfaserschleife etwa 1 km lang herum. Sie schließen die Schleife aus offensichtlichen praktischen Gründen nicht : Sie möchten Licht ein- und ausschalten . Es zieht allmählich in die Faser ein – nichts ist perfekt. Nach wie vor können Sie sich im Prinzip vorstellen, die Verstärkung (z. B. EDFA) in die Schleife einzubauen und die Schleife zu schließen, um das Licht für immer am Laufen zu halten. (In der Praxis ist dies jedoch nicht sinnvoll.)

Sie können auch Flüstern von Galerie-Mikroresonatoren . Wieder geht Licht herum und herum, wenn auch nicht für immer. Nach einigen Kilometern wurde es größtenteils absorbiert.

(Immer wenn Licht mit Materie interagiert, erfolgt eine gewisse Absorption, auch wenn diese geringfügig ist. Nichts ist perfekt.)

In der Photonik sind Ringresonatoren (RR) und Mikrotoroide zwei mögliche Beispiele dafür Dies. Im Fall der RR wird jedoch Licht, das an den Ring gekoppelt ist, wieder an den photonischen Draht gekoppelt, der ursprünglich zum Koppeln des Lichts verwendet wurde, und in beiden Beispielen besteht das Problem des Verlusts, der inhärent ist für alle Materialien, die letztendlich auch die Energie aus dem Hohlraum verbrauchen würden.

Dies ist ein Bild eines Mikrotoroids, das von Caltech hergestellt wurde:

Und dies ist ein Bild davon, wie das Licht mit einem Laser auf den Mikrotoroid gekoppelt wird:

Mircotoroide und Ringresonatoren sind in Sensoren und Detektoren von Molekülen sehr nützlich. Wenn Sie mehr über solche Geräte erfahren möchten, sollten Sie zuerst die Theorie des gekoppelten Modus lesen und verstehen. Einige gute Referenzen finden sich in den Arbeiten von D. Marcuse und A. Yariv.

Was die Lebensdauer des Photons in einem solchen Hohlraum bestimmt, wird als Q-Faktor bezeichnet. Forscher, die solche Ringresonatoren und andere solche Geräte untersuchen, arbeiten hart daran, den Q-Faktor so hoch wie möglich zu halten, um die Lebensdauer der Photonen in diesen Geräten zu verlängern. Hierfür gibt es einen guten Taschenrechner für RF-Photonik-Enzyklopädie