そこで研究者たちは宝石としても有名なルビーに目をつけました。
ルビーはレーザーの研究ではよく使われる材料であり、通常の媒体とは異なる奇妙な性質を持つことが知られていました。
実験ではこのルビーに対して2本のレーザー（青と緑）の出力を慎重に調節しつつ直行するように照射されました。
するとレーザーが交差する部分ではルビー内部の電子のエネルギー状態が激しく変動し、緑色のレーザーでエネルギーを与えられた電子は、青色のレーザーの光をより効率良く吸収できる現象が起こりました。
これは、ルビーの特殊なエネルギー構造と光の相互作用によって生まれる現象で、光が光の影を作る仕組みの基礎理論となります。
また生じた影の濃さを測定したところ、影のコントラストは最大で22%であり、これは晴れた日の木の陰のコントラストの値に匹敵します。
この現象は、ルビーの原子構造とその光学的な特性によって説明できます。 ルビー（Al₂O₃）は酸化アルミニウムの結晶で、その鮮やかな赤色はクロム原子が混ざっているためです。 クロム原子は結晶の構造をわずかに歪め、電子が特定のエネルギー状態をとることを可能にします。 緑色のレーザー光（波長532 nm）をルビーに照射すると、電子が基底状態から高いエネルギー状態へと励起されます。 しかし、この高いエネルギー状態は安定ではないため、電子はすぐに少し低いエネルギー状態に落ち着きます。 この状態にある電子は、青色のレーザー光（波長450 nm）を吸収することができます。 青色の光を吸収すると、電子はさらに高いエネルギー状態に移ります。 重要なのは、青色のレーザー光が直接基底状態の電子を高エネルギー状態に励起するよりも、緑色のレーザーで一度励起された電子が青色の光を吸収する方が効率的であることです。 この過程により、緑色のレーザーが当たった部分では青色のレーザー光の吸収が増大し、青色の光がその部分で遮られます。 / Credit:Raphael A. Abrahao et al . Optica (2024)
