Laser solitons:Teori, topologi og potentielle anvendelser

I næsten alle situationer, selv i et vakuum, lys kan ikke rejse uendeligt uden at forsvinde. Lyspulser kendt som solitons, der formerer sig langs fibre over lange afstande uden at ændre form eller miste fokus, har fundet applikationer i datatransmission, men selv disse forsvinder gradvist, medmindre mediet, de rejser igennem, har ultra-lav absorbans. Nikolay Rosanov fra National Research University of Information Technologies, Mekanik, og optik (ITMO), Sankt Petersborg, Rusland og hans team har arbejdet på en løsning på dette problem - laser solitons - siden 1980'erne; et kollokviumspapir, der opsummerer deres seneste arbejde på dette område, er nu blevet offentliggjort i The European Physical Journal D .

Rosanov og hans gruppe begyndte deres arbejde med computersimuleringer, antyder, at det teoretisk var muligt at producere en stabil soliton i en laser med stor blænde, hvis den blev stabiliseret af ekstern stråling. Denne forudsigelse blev hurtigt bekræftet eksperimentelt, og gruppen har studeret disse såkaldte dissipative solitons lige siden.

Seneste, forskerne har teoretisk vist, at det er muligt at skabe sådanne solitons uden brug af sammenhængende og stabil ekstern stråling. Brug af parallel programmering på højtydende supercomputere, de modellerede først en lyspuls, der er lokaliseret i en dimension (en 1D -soliton), inden de udvidede deres teknik til at modellere solitons i to og derefter tre dimensioner. Disse tredimensionelle solitons har en kompleks intern struktur med karakteristiske topologier; disse har fået beskrivende navne som 'æble', 'trefoil' og 'Solomon knot', og de har vist sig at smelte sammen.

Der er stadig spørgsmål, som Rosanov og hans kolleger skal besvare, før deres teori kan omsættes i praksis. Når det har været, imidlertid, stabiliteten af ​​disse solitons og deres topologi antyder potentielle anvendelser til lagring af digital information. Det er på ingen måde umuligt, at vi kunne, en dag, bruge computere, der har laser soliton -arrays i stedet for nutidens harddiske.