Fangelys med uorden

Som et flipperspil i hænderne på en god spiller, en samling af tilfældigt placerede forhindringer kan være tilstrækkelig til at fange lys uden behov for et optisk hulrum. Ved at tilføje forstærkning, uden omkostninger, en spejlløs laser - ofte kaldet "tilfældig laser" - kan fås.

Ved at bruge dette koncept har forskere ved Bar-Ilan University i Israel påvist lidelsesinduceret lokalisering, et ret svært bølgefænomen at observere, men også en af ​​de mest slående og forvirrende manifestationer af bølgeinterferens forudsagt af Nobelprismodtageren P.W. Anderson for elektroner og, senere, generaliseret til lysbølger. Dette fænomen blev for nylig belyst i tidsskriftet Optica .

"Vi indså, at en tilfældig laser har mange frihedsgrader, som ikke er tilgængelige i konventionelle hulrumslasere. Baseret på denne opdagelse, vi viste, at laseremission nemt kan kontrolleres ved at forme pumpeprofilen, der giver forstærkningen inde i spredningsmediet, " siger prof. Patrick Sebbah, ved Institut for Fysik og Institut for Nanoteknologi og Avancerede Materialer ved Bar-Ilan University, der ledede forskningen. "Dette gøres optisk med total fleksibilitet. Det står i kontrast til den tekniske udfordring ved at omstille et spejlhulrum i en konventionel laser, " tilføjer Sebbah, hvis forskningssamarbejdspartnere omfattede prof. Mélanie Lebental, fra Frankrig, og studerende fra hans Mesoscopic Optics-gruppe på Bar-Ilan.

Fordi dette svage fænomen forstærkes i en "plastikmikrolaser", det er muligt direkte at observere laserlys opbygget i et begrænset spredningsområde, hver begrænset tilstand svarer til en anden farve/bølgelængdeemission. Alle disse farver/tilstande hænger sammen og lokaliserede tilstande interagerer, hver enkelt forsøger at gribe for at vinde for sig selv på bekostning af de andre.

For at observere disse lokaliserede lasertilstande individuelt, Sebbah og kolleger foreslog en metode, baseret på en artikel fra 2014 i Naturfysik , at skille interagerende tilstande ud og undertrykke gensidig konkurrence om gevinst. For at gøre det, der skabes en uensartet forstærkningsfordeling, der optimalt vælger den ene tilstand og slukker den anden.

De var overraskede over at opdage, at når modekonkurrencen var blevet undertrykt og en lasertilstand optimeret, de var i stand til at øge laserens energieffektivitet, og frigør de "optimalt udkoblede lasertilstande", dvs. lasertilstandene med den stærkeste emission til den mindste energiomkostning. "Dette er magien ved modal indeslutning ved multipel spredning af lys, " siger Bhupesh Kumar, postdocen, der ledede forsøgene.

Disse resultater åbner en unik vej til at undersøge Anderson lokalisering, en af ​​de mest udfordrende opgaver inden for optik, at udforske ikke-lineariteternes rolle på lokalisering og teste eksperimentelt teoretiske forudsigelser. Metoden udviklet her kan anvendes til design af højeffektive og stabile tilfældige mikrolasere, hvor den tilfældige og ikke-hermitiske natur af disse lasere tilbyder hidtil usete grader af frihed.