Световые качели: физики открыли новый способ управлять светом

Физики научились управлять светом в крошечных устройствах — микрорезонаторах, которые называют ловушками для света.

В эксперименте они создали световые волны разной интенсивности, хотя изначально лазерные источники были одинаковыми. Это открытие поможет создавать миниатюрные устройства, например, сверхчувствительные датчики, оптические переключатели и элементы для обработки информации.

Исследование поддержал Российский научный фонд, а результаты опубликовали в журнале Optics Letters.

В последние годы ученые активно изучают, как нарушается симметрия света. Например, когда две одинаковые световые волны проходят через микрорезонатор, их интенсивность может стать разной. Это происходит из-за свойств материала, через который проходит свет. Такие эффекты можно использовать в устройствах, которые пропускают свет только в одном направлении, или в логических элементах для обработки информации.

Ученые из Института прикладной физики РАН (Нижний Новгород) обнаружили, что симметрия света может нарушаться и восстанавливаться благодаря рамановской нелинейности. Это явление возникает, когда свет рассеивается на молекулах, и появляются новые волны с другой частотой.

Исследователи создали микрорезонатор в виде шарика размером с человеческий волос из стеклянного оптического волокна. На него направили два одинаковых лазерных луча. Внутри микрорезонатора свет взаимодействовал с материалом, и возникали рамановские волны с меньшей частотой. При определенных условиях симметрия нарушалась: одна волна становилась сильнее другой. Более того, ученые впервые увидели, как волны могут «переключаться» — меняться местами по интенсивности.

Мы показали, что, меняя частоту лазера, можно управлять рамановскими волнами. Сначала они одинаковые, но при изменении частоты одна становится сильнее. Если продолжить менять частоту, можно переключать их местами или вернуть симметрию, — говорит Алексей Андрианов, доктор физико-математических наук, руководитель лаборатории в ИПФ РАН.

«Мы создали математическую модель, которая объясняет, как возникает нарушение симметрии, и предсказывает поведение системы. Это важно для разработки новых устройств», — добавляет Елена Анашкина, доктор физико-математических наук, руководитель проекта.

Ранее ученые успешно смешали световые волны в наномасштабе.

Фото: один из авторов исследования Алексей Андрианов за работой в лаборатории. Источник: пресс-служба ИПФ РАН.

13.02.2025