Klemmer ned på årsagssammenhæng ved at undersøge laserhulrum

Siden erkendelsen af ​​det første laserhulrum er der blevet stillet utallige spørgsmål, som laserlys har givet svaret på. Der er også blevet stillet mange spørgsmål i et forsøg på at forbedre vores evner til at producere lasere med forskellige ydelsesspecifikationer og bølgelængder. Et spørgsmål, der først blev stillet for nylig, er - hvad sker der, hvis du lyser en laserstråle gennem et andet laserhulrum? Det er måske ikke et praktisk spørgsmål at stille eksperimentelt, men efter at have undersøgt, hvordan eksternt indfaldende lys interagerer med et aktivt laserhulrum i kvantitative detaljer, svaret viser sig at tilbyde enheder med nye, tilsyneladende paradoksale optiske muligheder.

Nu, et endnu nærmere kig på disse muligheder har givet et unikt vindue til grundlæggende fysik og optisk adfærd. Samarbejdet, der undersøger disse interaktioner mellem laserhulrum, fra University of Central Florida's College of Optics and Photonics (CREOL) og Yale University, udviklet et perfekt reflekterende envejsspejl, tilbyder virkelig skjulte observationsvinduer; noget passive materialer kun kan tilnærme sig.

Undersøger dybere i mekanismen for denne paradoksale adfærd, de har også nu afsløret grundlæggende aspekter af, hvad der styrer de optiske reaktioner og et direkte syn på kausalitetens rolle. Ayman Abouraddy, University of Central Florida's CREOL - Multi -Material Optical Fiber Devices -gruppe, vil præsentere deres gruppes fund ved Frontiers in Optics + Laser Science APS/DLS (FIO + LS), afholdt 17.-21. september 2017 i Washington, DC.

"Et hulrum er en af ​​de grundlæggende komponenter, vi har i optik - det er dybest set to spejle foran hinanden, "Sagde Abouraddy." Vi har set på, hvad der ville ske, hvis jeg sender en lysstråle gennem et sådant hulrum med forstærkning indeni, da jeg gradvist skruede op for gevinsten. Vi studerer, hvad der sker med lys, der sendes gennem et hulrum, hvis hulrummet er aktivt. "

Ved at ændre gevinstmængden, hulrummets optiske reaktion på en separat hændelseslaser (med en anden bølgelængde) ændres også. Denne aktive komponent ændrer målbart refleksion og transmission, afhængigt af det aktive forstærkningsniveau i hulrummet.

"Når vi øger gevinsten, hulrummet vil lase af sig selv. Til vores forskning i dag, vi er mere interesserede i, hvad der sker med et signal, som jeg sender gennem det hulrum, "Sagde Abouraddy.

Når hulrummet begynder at snøre sig, imidlertid, et fascinerende og vigtigt skift i adfærden dukker op. På det tidspunkt, både refleksion og transmissionsforstærkning topper ud, skønt strømmen af ​​sonderingssignalet forbliver lineært relateret til output. Dette viser også, at effekten ikke er nær mætning.

"Hulrummet må ikke forstærkes ud over en vis grænse, efter at du har ramt lasing, "sagde Abouraddy. Denne effekt, kendt som forstærkningsspænding, er en del af en stabil funktion af laseren. Den lignende reaktion på eksternt indfaldende lys, imidlertid, som giver et virkelig gennemsigtigt perfekt spejl, er ikke kun roman, men giver ny indsigt i grundlæggende fysik.

Teamets eksperimentelle demonstration brugte et fiberoptisk hulrum, hvor de adskilte det fremadgående og bagudgående lys. Da de nøje undersøgte dynamikken i retningsbestemt energistrøm i hulrummet, da gevinsten blev øget, hvad de fandt relateret til grundlæggende fysiske principper.

Abouraddy forklarer, at ved tilstrækkelig gevinst, som lys gør ture i hulrummet i begge retninger, et nul i energistrømmen, hvor de to retninger annulleres, kryber gradvist dybere ind i hulrummet. Denne nulls adfærd forbinder en lasers fundamentale tærskel med en direkte demonstration af kausalitetens grænser.

"Ved lasertærsklen, den nul når halvvejs i hulrummet. Det viser sig at øge gevinsten yderligere, den nul nægter at gå videre, og den er fastgjort til midten af ​​hulrummet, "sagde han." Det er derfor, når vi øger gevinsten, vi ser ikke yderligere forstærkning. Nu er det skønne ved det hele, det viser sig, at det er forbundet med kausalitet. Hvis nullet skulle bevæge sig længere ud over midten af ​​hulrummet, hvilket ville være en krænkelse af kausalitet. I dette tilfælde, man ville få et output fra det, før du sendte et input. "