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 Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Биологи нашли особый тип стволовых клеток, которые просыпаются в среднем возрасте и активно производят новый жир на животе. Открытие сделали благодаря масштабным экспериментам на мышах и анализу человеческих тканей. Результат объяснил природу возрастного ожирения и дал новую цель для будущих лекарств.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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