В «ловушке для света» удалось получить новые режимы излучения с нарушенной симметрией
Физики научились управлять состояниями света с нарушенной симметрией в оптических микрорезонаторах — устройствах, которые называют «ловушками для света». Так, авторы экспериментально сгенерировали в микрорезонаторе переключаемые несимметричные — различные по интенсивности — волны, лазерные источники которых были изначально одинаковыми. Открытие будет полезно при разработке компактных фотонных устройств, например, сверхчувствительных датчиков, оптических переключателей и логических элементов.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Optics Letters.
В последние годы особый интерес у физиков вызывает явление, когда нарушается симметрия состояний света, например, возникают отличия в его интенсивности при изначально одинаковых значениях. Такой эффект можно получить в микрорезонаторах — «ловушках для света», способных «запирать» излучение в очень маленьком пространстве. Эти устройства изготавливают из так называемых нелинейно-оптических материалов, свойства которых зависят от интенсивности света. Симметрия состояний света может нарушаться, когда в микрорезонатор с противоположных сторон поступают изначально одинаковые по интенсивности световые волны.
Проходя сквозь среду, состояния света при определенных условиях могут измениться так, что интенсивность волны в одном направлении начинает сильно превышать интенсивность волны в противоположном направлении. Этот эффект можно использовать в самых разных устройствах: немагнитных оптических изоляторах (приборах, которые пропускают свет только в одном направлении) и циркуляторах (устройствах для перенаправления и распределения световых лучей); логических элементах, используемых для обработки информации; высокочувствительных детекторах и многих других.
Схема эксперимента (слева); экспериментально измеренные интенсивности, демонстрирующие генерацию рамановских волн в симметричных состояниях и в состояниях с нарушенной симметрией (справа) / © Andrianov and Anashkina, Optics Letters, 2024
На сегодняшний день такое нарушение симметрии подробно описано в микрорезонаторах, преломляющие свойства которых зависят от интенсивности электрического поля, создаваемого световой волной. Этот случай называется керровской нелинейностью. Но подобный эффект практически не исследован в микрорезонаторах с другими типами нелинейностей.
Ученые из Института прикладной физики имени А.В. Гапонова-Грехова РАН (Нижний Новгород) обнаружили, что в микрорезонаторах симметрия может нарушаться и восстанавливаться при генерации света за счет рамановской нелинейности. Этот тип нелинейности возникает, когда свет, проходя через среду, рассеивается на колебаниях молекул, из-за чего появляются, в дополнение к изначальным волнам, рамановские — с отличной от первоначальной частотой.
Исследователи изготовили микрорезонатор в виде шара с диаметром чуть больше 100 микрометров, что сопоставимо с толщиной человеческого волоса. Такое устройство получили из стеклянного оптического волокна. Симметрично с двух сторон на микрорезонатор направили пучки лазерного излучения одинаковой частоты. Из-за взаимодействия света со средой и его рассеяния при прохождении через микрорезонатор генерировались рамановские волны, частота которых была меньше исходных. При этом при определенных частотах противоположно направленные рамановские волны из симметричного состояния — с одинаковой интенсивностью — переходили в состояние с нарушенной симметрией, то есть их интенсивность стала различаться. Более того, впервые наблюдалось переключение между состояниями — волны с большей и меньшей интенсивностью могли меняться местами.
Таким образом, авторы экспериментально получили встречные рамановские волны с нарушенной симметрией и впервые наблюдали переключение между ними. Этот результат важен как с фундаментальной точки зрения, так и с прикладной, поскольку позволяет оперировать светом на длинах волн, отличных от лазерного источника, а также потенциально позволит увеличить чувствительность миниатюрных датчиков и других фотонных устройств.
«Мы экспериментально продемонстрировали, что, меняя частоту лазерного излучения, подаваемого на микрорезонатор, можно управлять состояниями рамановских волн. С уменьшением лазерной частоты изначально одинаковые по интенсивности (симметричные) рамановские волны становятся асимметричными — волна в одном из направлений начинает доминировать. При дальнейшей отстройке частоты лазера можно реализовать переключение между рамановскими состояниями, а также восстановить симметрию», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Алексей Андрианов, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией квантовой и нелинейной оптики сильно локализованных полей ИПФ РАН.
«Мы разработали математическую модель для описания наблюдаемого эффекта и смогли с ее помощью теоретически объяснить, как формируются состояния с нарушенной симметрией при рамановской генерации, а также предсказать поведение системы при различных параметрах, что важно при разработке компактных фотонных устройств», — подводит итог руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Елена Анашкина, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории экстремальной нелинейной оптики ИПФ РАН.
Telegram 
Дзен 
VK Канадские исследователи идентифицировали останки четырех членов пропавшей полярной экспедиции Джона Франклина 1845 года, сравнив их ДНК с генетическим материалом современных потомков. Открытие решило полуторавековую загадку с переодетым матросом и помогло восстановить маршрут отступления экипажа по льдам. Выяснилось, что при эвакуации моряки разделились по кораблям, после чего бросили ослабевших товарищей в спасательных шлюпках.
Во времена Екатерины II один из немецких колонистов в России мутировал, из-за чего все его потомки получали раннюю болезнь Альцгеймера. Теперь среди них появился первый, кого она не тронула, — по мнению ученых, благодаря жаре, которой он должен был подвергаться на работе.
Формирование и эволюция звездных систем кажутся понятными и предсказуемыми, а их строение строго подчиняется законам физики. Строение «крылатых» радиогалактик выбивается из общих правил. Их необычная форма не имеет однозначного объяснения и остается предметом споров для астрофизиков.
Канадские исследователи идентифицировали останки четырех членов пропавшей полярной экспедиции Джона Франклина 1845 года, сравнив их ДНК с генетическим материалом современных потомков. Открытие решило полуторавековую загадку с переодетым матросом и помогло восстановить маршрут отступления экипажа по льдам. Выяснилось, что при эвакуации моряки разделились по кораблям, после чего бросили ослабевших товарищей в спасательных шлюпках.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Окаменелые остатки рептилии возрастом 289 миллионов лет сохранили полное анатомическое устройство грудной клетки ранних покорителей суши. Благодаря нетронутым хрящам исследователи реконструировали механику первого полноценного реберного дыхания. Наличие в тканях оригинальных белков подтвердило, что сложные органические молекулы способны сохраняться в палеонтологической летописи почти на 100 миллионов лет дольше, чем считалось.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно