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: Телеграм | Дзен | Вконтакте


Энергия

Не кочевать же с дизелем: как плавучие АЭС меняют правила игры
Не кочевать же с дизелем: как плавучие АЭС меняют правила игры

Современная энергетика сталкивается с нов...

Как устроены самые мощные ядерные реакторы планеты
Как устроены самые мощные ядерные реакторы планеты

Атомная энергетика остается одним из ключ...

Испытание солнцем: вольфрам держит удар термоядерной плазмы
Испытание солнцем: вольфрам держит удар термоядерной плазмы

В лабораториях голландского института DIFFER у...

Ученые создали генератор энергии для пчел весом 46 мг
Ученые создали генератор энергии для пчел весом 46 мг

Ученые из Пекинского технологического инс...

Как солнечные панели и сельское хозяйство могут работать вместе
Как солнечные панели и сельское хозяйство могут работать вместе

Солнечные панели и сельское хозяйство час...

Энергия звезд может заменить уголь и газ
Энергия звезд может заменить уголь и газ

Карл Тишлер из европейского консорциума п...

Не проливайте даром: ученые нашли применение дождевой воде
Не проливайте даром: ученые нашли применение дождевой воде

Когда два материала соприкасаются, заряже...

Кувырок перед прыжком: почему вода сопротивляется расщеплению
Кувырок перед прыжком: почему вода сопротивляется расщеплению

Ученые нашли причину, почему расщепление воды ...

Метанол на стероидах: ученые нашли способ разогнать реакцию
Метанол на стероидах: ученые нашли способ разогнать реакцию

Замена традиционного ископаемого топлива на&nb...

Термоядерный пылесос: как и зачем ученые следят за отходами плазмы
Термоядерный пылесос: как и зачем ученые следят за отходами плазмы

В МИФИ создали систему, которая будет собирать...

Красный свет науки: как химики создали идеальный люминофор
Красный свет науки: как химики создали идеальный люминофор

Химики из Санкт-Петербургского университе...

Канада ставит на свой уран: как CANDU изменит энергетическую карту мира
Канада ставит на свой уран: как CANDU изменит энергетическую карту мира

Канада продолжает укреплять свои позиции в&nbs...

Грязь в дело: ученые нашли способ использовать нефтешлам
Грязь в дело: ученые нашли способ использовать нефтешлам

Ученые из Томского политехнического униве...

Маленькие, но мощные: как SMR решают большие проблемы энергетики
Маленькие, но мощные: как SMR решают большие проблемы энергетики

Сотрудничество ANItA с Уппсальским универ...

Толстые электроды стали тоньше: прорыв в производстве батарей
Толстые электроды стали тоньше: прорыв в производстве батарей

Корейский институт машиностроения и матер...

Энергетический щит: защищать сеть смогут бытовые устройства
Энергетический щит: защищать сеть смогут бытовые устройства

Инженеры из Массачусетского технологическ...

Энергия из-под земли: новая разработка Томского политеха
Энергия из-под земли: новая разработка Томского политеха

Инженеры из Томского политехнического уни...

Атомный ренессанс: Швеция возвращается к ядерной энергии
Атомный ренессанс: Швеция возвращается к ядерной энергии

Швеция вновь обратила внимание на атомную...

Аммиак без жертв: как японские ученые упростили производство
Аммиак без жертв: как японские ученые упростили производство

Мир стремится к устойчивому развитию, и&n...

Новые технологии, новые партнеры: что задумали в ННГУ
Новые технологии, новые партнеры: что задумали в ННГУ

Нижегородский государственный университет имен...

Поиск на сайте

ТОП - Новости мира, инновации

Математику лучше осваивать на жизненных задачах, чем на абстрактных примерах
Математику лучше осваивать на жизненных задачах, чем на абстрактных примерах
Контроффер на столе: кто кого переиграет в борьбе за сотрудника
Контроффер на столе: кто кого переиграет в борьбе за сотрудника
Память без розетки: давление заменяет электричество в новых чипах
Память без розетки: давление заменяет электричество в новых чипах
Ученые создали гибкий датчик в форме ДНК
Ученые создали гибкий датчик в форме ДНК
ДНК вместо биопсии: так начинается новая эра трансплантологии
ДНК вместо биопсии: так начинается новая эра трансплантологии
Ученые научили Изинга не жертвовать ни спинами, ни битами
Ученые научили Изинга не жертвовать ни спинами, ни битами
Вселенная под лупой: почему суперземель больше, чем мы думали
Вселенная под лупой: почему суперземель больше, чем мы думали
Секунды на вес золота: самый точный хронометр заработал на МКС
Секунды на вес золота: самый точный хронометр заработал на МКС
Математики определили условия идеальной синхронизации частот
Математики определили условия идеальной синхронизации частот
Разгрузили за ночь: что делает мозг, пока вы спите
Разгрузили за ночь: что делает мозг, пока вы спите
Астрономы увидели свечение водорода в дальнем ультрафиолете
Астрономы увидели свечение водорода в дальнем ультрафиолете
Новый алгоритм решил вековую проблему кристаллографии
Новый алгоритм решил вековую проблему кристаллографии
Не кочевать же с дизелем: как плавучие АЭС меняют правила игры
Не кочевать же с дизелем: как плавучие АЭС меняют правила игры
Железное дерево: ученые превращают дуб в материал будущего
Железное дерево: ученые превращают дуб в материал будущего
Не просто выжить, а двигаться: как спорт стал частью лечения рака
Не просто выжить, а двигаться: как спорт стал частью лечения рака

Новости компаний, релизы

Ход конем: в Шагонаре прошел первый шахматный турнир для дошколят
Пермский край разгоняется в гонке за беспилотными технологиями
В Якутии запустят производство дронов
Крипта для людей: почему сложные сервисы теряют пользователей
«Точки роста» в действии: как школы Симферопольского района перестали быть скучными