Forskere skaber anti-laser til et kondensat af ultrakølede atomer

Et internationalt team af forskere udviklede verdens første anti-laser til et ikke-lineært Bose-Einstein-kondensat af ultrakølede atomer. For første gang, forskere har demonstreret, at det er muligt at absorbere det valgte signal fuldstændigt, selvom det ikke -lineære system gør det svært at forudsige bølgeadfærden. Resultaterne kan bruges til at manipulere superfluidstrømme, oprette atomlasere, og også studere ikke -lineære optiske systemer. Undersøgelsen blev offentliggjort i Videnskab fremskridt.

Vellykket informationsoverførsel kræver evnen til helt at slukke et valgt elektromagnetisk signal uden refleksion. Dette kan kun ske, når parametrene for de elektromagnetiske bølger og systemet omkring dem er sammenhængende med hinanden. Enheder, der giver sammenhængende perfekt absorption af en bølge med givne parametre, kaldes anti-lasere. De har været brugt i flere år i optik, for eksempel, at oprette filtre eller sensorer med høj præcision. Standard anti-lasers arbejde er baseret på den destruktive interferens af bølger, der indtræffer på absorberen. Hvis parametrene for hændelsesbølgerne matches på en bestemt måde, så fører deres interaktion til perfekt absorption med nul refleksion.

Imidlertid, indtil nu, det var ikke klart, om sådan absorption er mulig i ikke -lineære systemer, såsom en optisk fiber, der sender et signal med høj intensitet i et stærkt eksternt elektromagnetisk felt. Problemet er, at det er meget vanskeligere at beskrive interaktionen mellem de hændende bølger, der formerer sig i det ikke -lineære medium. På samme tid, ikke -lineære systemer kan styre bølgefrekvens og form uden energitab. Dette kan være nyttigt til signalforskel i optiske computere. Imidlertid, problemet er, at ikke -lineære systemer ofte viser sig at være ustabile, og det kan være svært at forudsige deres adfærd.

Forskere fra Rusland, Tyskland og Portugal er de første til at konstruere en anti-laser til bølger, der formerer sig i et ikke-lineært medium. I deres eksperimenter, forskerne brugte et Bose-Einstein-kondensat af ultrakølede atomer. Et Bose-Einstein-kondensat er en ejendommelig tilstand, der observeres, når atomgas afkøles til næsten absolut nul. Under disse betingelser, en gas indeholdende omkring 50, 000 atomer kondenserer. Det betyder, at alle atomer danner en sammenhængende sky, der understøtter spredning af stofbølger. Stærke frastødende interaktioner mellem de kondenserede atomer fremkalder ikke -lineære egenskaber i systemet. For eksempel, bølges interaktion ophører med at adlyde lovene om lineær interferens.

For at fange kondensatet, forskerne brugte en periodisk optisk fælde dannet ved skæringspunktet mellem to laserstråler. En fokuseret elektronstråle påført gitterets centrale celle får atomerne til at lække ud fra denne celle. Atomer fra naboceller går til centralcellen, stræber efter at gøre op med lækagen. Som resultat, to superflydende stofstrømme rettet mod midten dannes i kondensatet. Når strømningerne mødes i den centrale celle, de absorberes perfekt, uden refleksion.

"Lovene, der beskriver udbredelsen af ​​bølger i forskellige medier, er universelle. Derfor er vores idé kan tilpasses til at implementere en anti-laser i andre ikke-lineære systemer. For eksempel, i ikke -lineære optiske bølgeledere eller i kondensater af kvasipartikler, såsom polaritoner og excitoner. Dette koncept kan også bruges, når man arbejder med ikke -lineære akustiske bølger. For eksempel, du kan bygge en enhed, der vil absorbere lyde af en bestemt frekvens. Selvom sådanne enheder muligvis ikke fremstilles snart, vi har vist, at de er mulige, "bemærker forsker Dmitry Zezyulin, medlem af International Laboratory of Photoprocesses in the Mesoscopic Systems ved ITMO University.

Forskere planlægger i øjeblikket at skifte til ikke -lineære optiske systemer, hvor atomer erstattes med fotoner. "Fotoner, i modsætning til atomer, er svære at holde i systemet længe. Imidlertid, i dette projekt, mine kolleger formåede at få et ikke -lineært atomsystem til at opføre sig som om det bestod af fotoner. På samme tid, det lykkedes dem at implementere en ideel absorption under sådanne forhold. Dette betyder, at disse processer også er mulige i ikke -lineære fotoniske systemer, "siger Ivan Iorsh, leder af International Laboratory of Photoprocesses in the Mesoscopic Systems ved ITMO University.