17.08.2018
Редакция Naked Science

Ученые создали антилазер для конденсата ультрахолодных атомов

Международная команда ученых разработала первый в мире антилазер для нелинейного бозе-конденсата ультрахолодных атомов. Они впервые продемонстрировали возможность полного поглощения выбранного сигнала, даже если нелинейная система затрудняет предсказание волнового поведения.

33-scientistscr1
©Wikipedia

Результаты этого исследования могут быть использованы для манипуляции потоком сверхтекучих жидкостей, создания атомных лазеров, а также для изучения нелинейных оптических систем. Работа опубликована в журнале Science Advances.

 

Для успешной передачи информации требуется полное погашение выбранного электромагнитного сигнала без какого-либо отражения. Это может произойти, только когда параметры электромагнитных волн и окружающей их системы когерентны друг с другом. Приборы, предоставляющие последовательное идеальное поглощение волны при этих параметрах, называются антилазерами. На протяжении нескольких лет их использовали в оптике — например, для создания высокоточных фильтров или сенсоров. Работа стандартных антилазеров основана на деструктивной интерференции волн, попадающих на поглотитель. Если параметры падающих волн определенным образом совпадают, их взаимодействие приводит к идеальному поглощению с нулевым отражением.

 

Однако до недавнего времени было не ясно, возможно ли такое поглощение в нелинейной системе, такой как оптическое волокно, передающее высокоинтенсивный сигнал в сильном внешнем электромагнитном поле. Проблема заключается в том, что описать взаимодействие падающих волн, распространяющихся в нелинейной среде, гораздо сложнее. В то же время нелинейные системы могут контролировать частоту и форму волны без потери энергии. Это может быть полезным при различении сигнала в оптических компьютерах. Но дело в том, что нелинейные системы часто оказываются нестабильными, из-за чего порой сложно предугадать их поведение.

 

Приближение когерентного потенциала в конденсате Бозе – Эйнштейна, находящегося в оптической пространственной решетке / Университет ИТМО

 

Ученые из России, Германии и Португалии стали первыми, кто соорудил антилазер для волн, распространяющихся в нелинейной среде. В своих экспериментах они использовали бозе-конденсат ультрахолодных атомов. Конденсат Бозе — Эйнштейна — определенное состояние материи, при котором атомный газ охлаждается почти до полного нуля. Газ, содержащий около 50 тысяч атомов, при таких условиях конденсирует. Следовательно, все атомы формируют когерентное облако, поддерживающее распространение волн материи. Из-за сильных отталкивающих взаимодействий между конденсированными атомами система приобретает нелинейные свойства. К примеру, взаимодействие волн перестает подчиняться законам линейной интерференции.

 

Чтобы поймать конденсат, ученые применили периодическую оптическую ловушку, сформированную пересечением двух лазерных лучей. При применении сфокусированного электронного луча к центральной клетке пространственной решетки атомы начинают «вытекать» из нее. Атомы из соседних клеток направляются в центральную, пытаясь устранить течь. В результате в конденсате формируются два потока сверхтекучей материи, направленных к центру. Как только потоки сталкиваются в центральной клетке, они абсорбируются — идеально и без отражения.

 

«Законы, описывающие распространение волн в разных средах, универсальны. Следовательно, нашу идею можно адаптировать к работе антилазера с другими нелинейными системами. Например, в нелинейных оптических волноводах или конденсатах квазичастиц, таких как поляритоны и экситоны. Эту концепцию также можно использовать для работы с нелинейными акустическими волнами. Так, вы можете соорудить устройство, поглощающее звук на определенной частоте. Несмотря на то что такие устройства создадут не скоро, мы показали, что они возможны», — отмечает исследователь Дмитрий Зезюлин, член Международной научной лаборатории фотопроцессов в мезоскопических системах при Университете ИТМО.

 

Сейчас ученые планируют перейти к работе с оптическими системами, в которых атомы заменяются фотонами.

 

«В отличие от атомов, фотоны сложно долго удерживать в системе. Однако в этом проекте мои коллеги сумели заставить нелинейную атомную систему вести себя так, будто она состоит из фотонов. В то же время они смогли осуществить идеальное поглощение в таких условиях. Это означает, что эти процессы также возможны в нелинейных фотонных системах», — объясняет Иван Иорш, глава Международной научной лаборатории фотопроцессов в мезоскопических системах при Университете ИТМО.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 12:24
Ольга Иванова

Шведские психологи показали: те, кто доверяет астрологии, как правило, обладают более низким уровнем интеллекта и большей самовлюбленностью по сравнению с теми, кто в нее не верит.

12 часов назад
Александр Березин

В ноябре 1939 года СССР объявил, что финны обстреляли советские войска, убив четверых. Тридцатого числа Москва начала войну против Хельсинки. На деле «погибшие» были полным вымыслом советской стороны, предлогом для открытия боевых действий и последующего захвата всей Финляндии. Однако что-то пошло не так. Что именно и почему итоги Советско-финской войны подтолкнули Гитлера к нападению на Советский Союз в июне 1941 года?

Вчера, 15:56
Ольга Иванова

Исследователи из США объяснили, зачем нужна физическая активность в старости.

25 ноября
НИУ ВШЭ

Мобильные ученые публикуются в индексируемых журналах в два раза чаще. К такому выводу пришли исследователи из НИУ ВШЭ.

26 ноября
Анастасия Михалева

За всю историю исследования в космосе побывали более 500 человек. В океан на глубину более 10 километров спускались всего трое. Мы до сих пор знаем о Мировом океане и его обитателях недопустимо мало.

25 ноября
Илья Ведмеденко

Российские инженеры спроектировали самолет для межконтинентальных полетов в стратосфере. Его можно назвать условным аналогом британского Skylon.

3 ноября
Ольга Иванова

Исследований на эту тему, как ни странно, мало, хотя предположений — великое множество. По мнению ученых из Венгрии, одна из причин такого поведения — высокая концентрация внимания на речи хозяина, а еще это означает, что собака слышит знакомое слово.

12 ноября
Мария Азарова

Кошки оказывались сбиты с толку, когда их человек, как им казалось, «телепортировался» в новое, неожиданное место. Однако они не реагировали таким же образом на чужих людей или других животных.

2 ноября
Мария Азарова

Авторы новой работы на примере Шотландии определили характеристики людей, умерших от Covid-19, хотя они были привиты, а также выявили основные предикторы смертности.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: