Light: Science & Application: Открытие поможет применять волоконные лазеры

Сложные системы, такие как климатические, экологические и сетевые, могут находиться в разных состояниях из-за множества взаимодействующих элементов. Их поведение обычно случайно и беспорядочно.

Например, погода может быть солнечной, облачной или дождливой из-за сложных взаимодействий между солнечной радиацией, рельефом местности и океаническими течениями.

Из-за того, что эти факторы постоянно меняются и влияют друг на друга, предсказать поведение климата трудно. Например, формирование и траектория шторма зависят от множества условий: температуры океана, скорости ветра, атмосферного давления. Поэтому прогнозировать погоду сложно. Учёные по всему миру пытаются найти закономерности в поведении сложных систем.

Магнитные спиновые стёкла, открытые в начале 1970-х годов, стали основой для изучения сложных систем. Они используются для экспериментального и численного моделирования, которое позволяет описывать и предсказывать поведение сложных систем.

Джорджио Паризи ввёл концепцию нарушения симметрии реплик в системах магнитных спиновых стёкол. Он обнаружил взаимодействие беспорядка и флуктуаций в физических системах разных масштабов и выявил скрытые симметрии в сложных системах. За это он получил Нобелевскую премию по физике в 2021 году.

Случайные лазеры, благодаря уникальным механизмам обратной связи и усиления, демонстрируют сложную динамику. Они становятся ключевым компонентом в исследовании теории спинового стекла.

Учёные наблюдали явления оптического стеклообразного фазового перехода в случайных лазерах. Изучение фотонных фазовых переходов с их помощью привлекло большое внимание.

В новой работе, опубликованной в журнале Light: Science & Application, группа ученых под руководством профессора Зинан Ванга из Китайского университета электронной науки и техники, профессора Андерсона С. Л. Гомеса и профессора Эрнесто П. Рапосо из Федерального университета Пернамбуку и соавторов исследовала глубинные механизмы фотонных фазовых переходов в одномерных системах рэлеевского рассеяния, создав модели рэлеевского рассеяния-фазовых переходов.

Они успешно установили всестороннюю связь между численными исследованиями и экспериментальными явлениями, раскрыв уникальные законы, управляющие фотонными фазовыми переходами в таких системах.

Эти ученые кратко излагают конкретные инновации и последствия своей работы следующим образом:

  1. В этой работе предполагается, что выходные характеристики случайных волоконных лазеров зависят от рэлеевского рассеяния внутри волокна.
    С помощью phi-OTDR и запатентованных технологий предложена модель рэлеевского рассеяния-фазовых вариаций для нарушения симметрии реплики в таких лазерах. Это позволило теоретически предсказать граничные параметры фотонных фазовых переходов в них и лучше понять их внутренние механизмы.
  2. 2. В работе показано, что фотонные фазовые переходы в случайном волоконном лазере похожи на то, как температура и беспорядок влияют на взаимодействие спинов в магнитной фазе спинового стекла.
    Фотонные фазовые переходы происходят при изменении энергетического ландшафта системы, когда флуктуации фазы рассеивающих элементов стабильны. Но внешние факторы могут вызывать флуктуации, которые нарушают взаимодействие между модами и препятствуют фотонным фазовым переходам.
    Это исследование — важный шаг к пониманию универсальных механизмов фазовых переходов в сложных системах.
  3. Мы предсказали и экспериментально обнаружили явление модовой асимметрии в случайном волоконном лазере. Асимметрия основана на рэлеевском рассеянии. Это открытие расширяет понимание фотонных фазовых переходов и помогает лучше понять, как работают сложные системы.
    Исследуя связи между фазовыми переходами и эволюцией мод в случайном волоконном лазере, мы обнаружили, что под влиянием механизмов обратной связи и усиления моды ведут себя по-разному.
    В режимах с когерентной рэлеевской обратной связью возникают сильные нелинейные взаимодействия, которые приводят к метастабильным состояниям. В результате происходит фотонный парамагнитный фазовый переход в спиновое стекло.
    Режимы с некогерентной рэлеевской обратной связью не имеют нелинейных взаимодействий и остаются в парамагнитном состоянии.

Эта работа изучает принципы фотонных фазовых переходов с помощью теории, моделирования и экспериментов.

Доказано, что случайные волоконные лазеры на основе рэлеевского рассеяния — идеальная платформа для предсказания, наблюдения и управления этими переходами. Это открытие важно для материаловедения, нейронных сетей, квантовой информации и других сложных систем. Оно также может продвинуть применение случайных волоконных лазеров в мощных лазерных устройствах.

26.09.2024


Подписаться в Telegram



Хайтек

В ТПУ создали многоразовые накопители водорода из отечественного сырья
В ТПУ создали многоразовые накопители водорода из отечественного сырья

Более дешевые металлогидридные накопители водо...

Новый подход к производству цифрового света решает проблемы 3D-печати
Новый подход к производству цифрового света решает проблемы 3D-печати

Новый метод производства цифрового света для&n...

AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику
AEM: Гибридный полупроводник позволит лучше понять спинтронику

Электроны вращаются без электрического за...

Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ
Томские ученые представили цифровое решение для оптимизации НПЗ

Новый программный комплекс представили ученые ...

В НГУ разработали первые фильтры для технологии связи 6G
В НГУ разработали первые фильтры для технологии связи 6G

Уникальные фильтры для импульсной терагер...

Ученые КФУ выяснили, как дефекты в полупроводниках влияют на свет
Ученые КФУ выяснили, как дефекты в полупроводниках влияют на свет

Физическая модель, которая описывает взаимодей...

Новый метод синтеза лекарств открыли российские химики
Новый метод синтеза лекарств открыли российские химики

Новый метод синтеза производных пирролизидина ...

Advanced Materials: Созданы волокна в одежду для питания смартфона от тепла тела
Advanced Materials: Созданы волокна в одежду для питания смартфона от тепла тела

Термоэлектрический материал, который можно исп...

В Томском университете создали интегральные схемы для российских РЛС
В Томском университете создали интегральные схемы для российских РЛС

Первый российский комплект интегральных схем д...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

ES&T: Волокна на биооснове изводят земляных червей быстрее, чем полиэфирные
ES&T: Волокна на биооснове изводят земляных червей быстрее, чем полиэфирные
Nature Astronomy: Красные карлики тоже обогащают Вселенную
Nature Astronomy: Красные карлики тоже обогащают Вселенную
NPJ Microgravity: Микрогравитация усиливает способность клеток регенерировать
NPJ Microgravity: Микрогравитация усиливает способность клеток регенерировать
Созданная в МГУ ИИ-система для прогнозирования доз инсулина требует доработки
Созданная в МГУ ИИ-система для прогнозирования доз инсулина требует доработки
Palaeontology: Птицу ужаса, останки которой нашли в Южной Америке, съел кайман
Palaeontology: Птицу ужаса, останки которой нашли в Южной Америке, съел кайман
NatElec: Нанотранзисторы преодолеют ограничения кремниевых полупроводников
NatElec: Нанотранзисторы преодолеют ограничения кремниевых полупроводников
Открыта связь депрессии с нарушением формирования функциональной сети мозга
Открыта связь депрессии с нарушением формирования функциональной сети мозга
На Урале предложили высаживать коноплю для поглощения углекислого газа
На Урале предложили высаживать коноплю для поглощения углекислого газа
Nature Chemistry: Протоклетки помогут биохимикам понять, как зародилась жизнь
Nature Chemistry: Протоклетки помогут биохимикам понять, как зародилась жизнь
В Воронеже разработали новый метод извлечения коллагена из кожи пресноводных рыб
В Воронеже разработали новый метод извлечения коллагена из кожи пресноводных рыб
В ТПУ создали многоразовые накопители водорода из отечественного сырья
В ТПУ создали многоразовые накопители водорода из отечественного сырья
Новый подход к производству цифрового света решает проблемы 3D-печати
Новый подход к производству цифрового света решает проблемы 3D-печати
Простой анализ крови поможет предотвратить преэклампсию у рожениц
Простой анализ крови поможет предотвратить преэклампсию у рожениц
Cancer: Аэробные упражнения рассеивают туман в мозге, вызванный химиотерапией
Cancer: Аэробные упражнения рассеивают туман в мозге, вызванный химиотерапией
Искусственный «нос» может учуять испорченные фрукты и испорченное мясо
Искусственный «нос» может учуять испорченные фрукты и испорченное мясо

Новости компаний, релизы

Международные эксперты оценили разработанную для нижегородского завода технологию
На старт! Внимание! MITEX!
Фестиваль научных театров «Наука всем!» прошёл в Санкт-Петербурге
Всероссийский исторический кроссворд собрал 15 тысяч участников
«Вертолеты России» представили на саммите БРИКС Ми-171А3 AURUS, Ми-38 и модернизированный Ансат