باریکه بسل

بندانگشتی|تکامل یک باریکه بسل.
[بندانگشتی|نمودار یک [اکسیکون|اکسیکون و باریکه بسل حاصل از آن.]]
بندانگشتی|مقطع عرضی باریکه بسل و نمودار شدت آن.
بندانگشتی|بازسازی ناحیه روشن مرکزی باریکه بسل پس از برخورد با مانع.

**باریکۀ بسل** () موجی است که دامنه آن توسط یک تابع بسل توصیف می‌شود. تابش‌های الکترومغناطیسی، امواج صوتی، امواج گرانشی و امواج مادی همگی می‌توانند به شکل باریکه‌های بسل باشند. یک باریکه بسل واقعی، «غیرپراشی» (Non-diffractive) است؛ به این معنی که با انتشار در فضا، دچار پراش و پخش‌شدگی نمی‌شود. این رفتار برخلاف رفتار معمول نور (یا صوت) است که پس از تمرکز در یک نقطه کوچک، پخش می‌شود. باریکه‌های بسل همچنین «خود-ترمیم‌شونده» (Self-healing) هستند، یعنی اگر بخشی از باریکه در یک نقطه مسدود شود، باریکه در نقاط دورتر در امتداد محور نوری دوباره شکل می‌گیرد.

مانند یک موج تخت، تولید یک باریکه بسل واقعی امکان‌پذیر نیست، زیرا بی‌کران بوده و به مقدار بی‌نهایت انرژی نیاز دارد. با این حال، می‌توان تقریب‌های نسبتاً خوبی از آن ایجاد کرد. این تقریب‌ها در بسیاری از کاربردهای نورشناسی اهمیت دارند، زیرا در یک فاصله محدود، پراش بسیار کمی از خود نشان می‌دهند. در عمل، تقریب‌های باریکه بسل یا با متمرکز کردن یک باریکه گاوسی با استفاده از یک عدسی اکسیکون برای تولید باریکه «بسل-گاوس»، یا با استفاده از توری‌های پراش دارای تقارن دورانی، یا با قرار دادن یک گشودگی حلقوی باریک در میدان دور ساخته می‌شوند. باریکه‌های بسل مرتبه بالا را نیز می‌توان با توری‌های پراش مارپیچی تولید کرد.

## ویژگی‌ها
ویژگی‌های باریکه‌های بسل آن‌ها را برای استفاده در انبرک‌های نوری بسیار مفید می‌سازد؛ زیرا یک باریکه بسل باریک، ویژگی تمرکز شدید خود را در بخش نسبتاً طولانی از مسیر حفظ می‌کند و حتی زمانی که بخشی از آن توسط ذرات دی‌الکتریک مسدود شود، کارایی خود را از دست نمی‌دهد. به‌طور مشابه، دستکاری ذرات با انبرک‌های آکوستیک (صوتی) نیز با استفاده از باریکه‌های بسل محقق شده است. این باریکه‌ها پراکنده شده و یک فشار تابشی ایجاد می‌کنند که ناشی از تبادل تکانه صوتی بین میدان موج و ذره‌ای است که در مسیر آن قرار می‌گیرد.

تابع ریاضی توصیف‌کننده باریکه بسل، پاسخی از تابع بسل است که خود از پاسخ‌های جداپذیر معادله لاپلاس و معادله هلمهولتز در مختصات استوانه‌ای به دست می‌آید. باریکه بسل مرتبه صفر بنیادین، دارای بیشینه دامنه در مبدأ است، در حالی که باریکه‌های بسل مرتبه بالا (HOBB) دارای یک تکینگی فاز محوری در امتداد محور باریکه هستند و دامنه در آنجا صفر است.

امواج ایکس (X-waves) برهم‌نهی‌های خاصی از باریکه‌های بسل هستند که با سرعت ثابت حرکت می‌کنند و می‌توانند سریع‌تر از نور منتشر شوند. باریکه‌های ماتیو و باریکه‌های سهموی (وبر) انواع دیگری از باریکه‌های غیرپراشی هستند که ویژگی‌های خود-ترمیم‌شوندگی مشابهی دارند اما ساختار عرضی آن‌ها متفاوت است.

### شتاب‌گیری
در سال ۲۰۱۲ به صورت نظری ثابت و به صورت تجربی نشان داده شد که با دستکاری خاص در فاز اولیه، می‌توان باریکه‌های بسل را وادار کرد تا در امتداد مسیرهای دلخواه در فضای آزاد شتاب بگیرند. این باریکه‌ها را می‌توان ترکیبی دانست که پروفایل متقارن یک باریکه بسل استاندارد را با ویژگی خود-شتاب‌دهی باریکه ایری ادغام می‌کنند.

### جبران تضعیف
باریکه‌ها هنگام عبور از مواد ممکن است دچار اتلاف انرژی و تضعیف شدت شوند. یک ویژگی مشترک در باریکه‌های غیرپراشی مانند باریکه ایری و باریکه بسل، توانایی کنترل پوش شدت طولی باریکه بدون تغییر قابل توجه در سایر ویژگی‌های آن است. از این ویژگی می‌توان برای ایجاد باریکه‌های بسلی استفاده کرد که با حرکت در مسیر خود شدتشان افزایش می‌یابد تا اثرات اتلاف را خنثی کرده و شدت ثابتی را در طول انتشار حفظ کنند.

## کاربردها
### تصویربرداری و میکروسکوپی
در میکروسکوپی فلورسانس ورقه نوری، از باریکه‌های غیرپراشی برای ایجاد ورقه‌های نوری بسیار بلند و یکنواخت استفاده شده است. ویژگی خود-ترمیم‌شوندگی باریکه‌های بسل همچنین باعث بهبود کیفیت تصویر در عمق بافت‌ها شده است، زیرا شکل باریکه پس از عبور از بافت‌های پراکنده، نسبت به باریکه گاوسی کمتر تغییر می‌کند. در سال ۲۰۱۸ نشان داده شد که استفاده از «جبران تضعیف» در میکروسکوپی ورقه نوری مبتنی بر باریکه بسل، امکان تصویربرداری در اعماق بیشتر نمونه‌های بیولوژیکی را فراهم می‌کند.

### آکوستوفلوئیدیک
باریکه‌های بسل به دلیل حلقه‌های متحدالمرکز بیشینه و کمینه فشار در صفحات عرضی، گزینه مناسبی برای به‌دام‌اندازی انتخابی ذرات در سیستم‌های آکوستوفلوئیدیک هستند.

## منابع

* 

رده:دانش لیزر