Nature Physics: Открыта новая система управления хаотическим поведением света

Использование света и управление им имеет огромное значение для развития технологий, включая сбор энергии, вычисления, связь и биомедицинское зондирование. Однако в реальных условиях сложность поведения света создает проблемы для его эффективного управления.

Физик Андреа Алу сравнивает поведение света в хаотических системах с начальным ударом в бильярде.

В бильярде крошечные изменения в способе запуска шара с кием приводят к тому, что шары разлетаются по столу, — говорит Алу, профессор физики имени Эйнштейна в Центре подготовки выпускников CUNY, директор-основатель Инициативы по фотонике в Центре перспективных научных исследований CUNY и заслуженный профессор CUNY.

Световые лучи действуют аналогичным образом в хаотической полости. Становится трудно моделировать, чтобы предсказать, что произойдет, потому что можно проводить эксперимент много раз с одинаковыми настройками, и каждый раз получать разный ответ.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Physics, группа специалистов под руководством исследователей из CUNY Graduate Center описывает новую платформу для управления хаотическим поведением света путем настройки его рассеяния с помощью самого света. Проект возглавляли соавторы Сюэфэн Цзян (Xuefeng Jiang), бывший постдокторский исследователь в лаборатории Алу, а ныне доцент кафедры физики Университета Сетон Холл, и Шишионг Инь (Shixiong Yin), аспирант в лаборатории Алу.

Традиционные платформы для изучения поведения света обычно используют резонансные полости круглой или правильной формы, в которых свет отражается и рассеивается по более предсказуемым закономерностям. Например, в круглой полости сохраняются только предсказуемые и определенные частоты (цвета света), и каждая поддерживаемая частота связана с определенным пространственным паттерном, или модой.

Одной моды на одной частоте достаточно для понимания физики, действующей в круговом резонаторе, но такой подход не позволяет раскрыть всю сложность поведения света, наблюдаемую в сложных платформах.

В полости, поддерживающей хаотические паттерны света, любая отдельная частота, подаваемая в полость, может возбудить тысячи световых паттернов, что, как принято считать, сводит на нет шансы на управление оптическим откликом, — сказал Джаинг.

Мы продемонстрировали возможность управления этим хаотическим поведением.

Для решения этой задачи команда разработала большую полость в форме стадиона с открытой верхней частью и двумя каналами на противоположных сторонах, которые направляют свет в полость. Входящий свет рассеивается от стенок и отражается от них, а расположенная сверху камера фиксирует количество света, выходящего из стадиона, и его пространственную структуру.

По бокам устройства расположены регуляторы, позволяющие управлять интенсивностью света на двух входах и задержкой между ними. Противоположные каналы заставляют световые пучки интерферировать друг с другом в полости стадиона, что позволяет управлять рассеянием одного пучка другим с помощью процесса, известного как когерентное управление — по сути, использование света для управления светом. Регулируя относительную интенсивность и задержку световых пучков, входящих в два канала, исследователи, что примечательно, последовательно изменяли картину излучения света за пределами резонатора.

Такое управление стало возможным благодаря редкому поведению света в резонансных полостях, называемому «модами рассеяния без отражения» (RSMs), которое было теоретически предсказано ранее, но не наблюдалось в системах с оптическими полостями. По словам Инь, продемонстрированная в данной работе возможность манипулирования РСМ позволяет эффективно возбуждать и контролировать сложные оптические системы, что имеет значение для хранения энергии, вычислений и обработки сигналов.

Мы обнаружили, что на определенных частотах наша система может поддерживать две независимые, перекрывающиеся РСМ, благодаря чему весь свет попадает в полость стадиона без отражений обратно в порты нашего канала, что позволяет управлять им, — сказал Инь.

Наша демонстрация касается оптических сигналов в пределах полосы пропускания оптических волокон, которые мы используем в повседневной жизни, так что это открытие открывает новый путь для лучшего хранения, маршрутизации и управления световыми сигналами в сложных оптических платформах.

В дальнейших исследованиях ученые планируют использовать дополнительные регуляторы, что даст больше степеней свободы для раскрытия дальнейших сложностей в поведении света.

02.11.2023


Подписаться в Telegram



Энергия

Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%
Energy Materials and Devices: Создан тандемный солнечный элемент с КПД более 20%

Группа исследователей впервые продемонстрирова...

JRSNZ: Ветряные электростанции могут компенсировать выбросы за 2 года
JRSNZ: Ветряные электростанции могут компенсировать выбросы за 2 года

Ветряная электростанция, проработав менее двух...

EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент

Не зря авиакомпании не разрешают сда...

Acta Astronautica: В открытом космосе можно построить солнечные фермы
Acta Astronautica: В открытом космосе можно построить солнечные фермы

Согласно результатам нового исследования, пров...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Высокоточные измерения ставят под сомнение наше понимание Цефеид
Высокоточные измерения ставят под сомнение наше понимание Цефеид
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Physical Review Letters: Ученые описали альтернативный магнетизм
Останется ли магний снотворным для кузнечиков в результате потепления?
Останется ли магний снотворным для кузнечиков в результате потепления?
APA: Молодые сотрудники чаще остальных страдают на работе от одиночества
APA: Молодые сотрудники чаще остальных страдают на работе от одиночества
Front. Aging Neurosci: Поведение в новом пространстве может подсветить деменцию
Front. Aging Neurosci: Поведение в новом пространстве может подсветить деменцию
JACS: Инфракрасное облучение заставляет атомы «танцевать румбу»
JACS: Инфракрасное облучение заставляет атомы «танцевать румбу»
С расстройствами пищевого поведения можно бороться силой мысли
С расстройствами пищевого поведения можно бороться силой мысли
Диспаритет женских и мужских карьер в STEM связан с женской мнительностью
Диспаритет женских и мужских карьер в STEM связан с женской мнительностью
Телескоп Уэбб снял столкновение астероидов в соседней звездной системе
Телескоп Уэбб снял столкновение астероидов в соседней звездной системе
EHJ-CI: Нарушенный кровоток может повредить стенку расширенной аорты
EHJ-CI: Нарушенный кровоток может повредить стенку расширенной аорты
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды
Journal of Experimental Psychology: General: Мы переоцениваем пользу неудачи
Journal of Experimental Psychology: General: Мы переоцениваем пользу неудачи
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
Climate Dynamics: Вот как условия на суше влияют на муссонный климат Азии
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным
В 40% случаев люди ошибочно называют сгенерированное фото человека реальным

Новости компаний, релизы

Московский Политех внедряет ИИ для повышения эффективности приемной кампании и трансформации обучения
Астрономы СПбГУ узнали возраст одного из самых мощных метеорных потоков
Исследования ученых ТПУ помогут в разработке таргетных препаратов для эффективной терапии в онкологии
Зоологи выявили тенденцию к увеличению числа защитных роговых элементов на панцире морских черепах на острове Шри-Ланка
Российские ученые нашли способ повысить урожайность подсолнечника на 43% с помощью нового серосодержащего удобрения