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 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.
Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Большой взрыв мог быть не началом Вселенной, а моментом рождения самой гравитации в привычном нам виде. Новая модель предлагает иную, квантовую форму гравитации, которая могла запустить инфляцию и избавить космологию от проблемы сингулярности, где законы физики перестают работать.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
Вода из другой звездной системы оказалась не похожа на земную: в составе третьего межзвездного объекта нашли рекордное содержание дейтерия — тяжелого изотопа водорода. Этот химический след указывает на необычные условия формирования системы, где возникла комета, и меняет представления о сценариях рождения далеких планетных систем.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
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.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
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.
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