|
Система управления хаотичным поведением света
|
|
|
|
Использование и контроль света жизненно важно для развития технологий, включая сбор энергии, вычисления, связь и биомедицинское зондирование. Тем не менее, в реальных сценариях сложность поведения света создает проблемы для его эффективного управления. Физик Андреа Алу сравнивает поведение света в хаотических системах с первым ударом в игре в бильярд. «В бильярде небольшие изменения в способе запуска битка приведут к разным моделям подпрыгивания шаров по столу», — сказал Алу, профессор физики Эйнштейна в Центре аспирантуры CUNY, директор-основатель Инициативы по фотонике в CUNY. Центр перспективных научных исследований и заслуженный профессор CUNY. «Световые лучи действуют аналогичным образом в хаотической полости. Становится сложно смоделировать, чтобы предсказать, что произойдет, потому что вы можете проводить эксперимент много раз с одинаковыми настройками и каждый раз получать разный ответ».
|
|
|
|
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Physics, группа исследователей из Аспирантуры CUNY описывает новую платформу для управления хаотичным поведением света путем адаптации моделей его рассеяния с использованием самого света. Проект возглавляли соавторы Сюэфэн Цзян, бывший научный сотрудник лаборатории Алу, а сейчас доцент кафедры физики в Университете Сетон Холл, и Шисюн Инь, аспирант лаборатории Алу. Обычные платформы для изучения поведения света обычно используют резонансные полости круглой или правильной формы, в которых свет отражается и рассеивается по более предсказуемым закономерностям. Например, в круглой полости сохраняются только предсказуемые и различные частоты (цвета света), и каждая поддерживаемая частота связана с определенным пространственным паттерном или модой. Одной моды на одной частоте достаточно, чтобы понять физику, происходящую в круглой полости, но этот подход не раскрывает всей сложности поведения света, наблюдаемого на сложных платформах, сказал Джаинг.
|
|
|
«В полости, которая поддерживает хаотические узоры света, любая отдельная частота, введенная в полость, может возбудить тысячи световых узоров, что, как традиционно считается, сводит на нет шансы контролировать оптический отклик», — сказал Джаинг. «Мы продемонстрировали, что можно контролировать это хаотичное поведение». Чтобы решить эту проблему, команда спроектировала большую полость в форме стадиона с открытым верхом и двумя каналами на противоположных сторонах, которые направляют свет в полость. Когда падающий свет рассеивается от стен и отражается, камера над ним фиксирует количество света, выходящего за пределы стадиона, и его пространственные структуры. По бокам устройства имеются ручки для управления интенсивностью света на двух входах и задержкой между ними. Противоположные каналы заставляют световые лучи интерферировать друг с другом в полости стадиона, позволяя контролировать рассеяние одного луча другим с помощью процесса, известного как когерентное управление — по сути, по словам Алу, используя свет для управления светом. Примечательно, что, регулируя относительную интенсивность и задержку световых лучей, входящих в два канала, исследователи последовательно изменяли диаграмму направленности света за пределами полости.
|
|
|
|
Этот контроль стал возможен благодаря редкому поведению света в резонансных полостях, называемому «модами безотражательного рассеяния» (RSM), которое было теоретически предсказано ранее, но не наблюдалось в системах с оптическими полостями. По словам Инь, способность манипулировать RSM, продемонстрированная в этой работе, позволяет эффективно возбуждать и контролировать сложные оптические системы, что имеет значение для хранения энергии, вычислений и обработки сигналов. «Мы обнаружили, что на определенных частотах наша система может поддерживать два независимых, перекрывающихся RSM, которые заставляют весь свет проникать в полость стадиона без отражений обратно в порты наших каналов, что позволяет управлять им», — сказал Инь. «Наша демонстрация касается оптических сигналов в полосе пропускания оптических волокон, которые мы используем в повседневной жизни, поэтому это открытие открывает новый путь для лучшего хранения, маршрутизации и управления световыми сигналами в сложных оптических платформах». Исследователи стремятся включить дополнительные регуляторы в будущие исследования, предлагая больше степеней свободы для решения дальнейших сложностей в поведении света.
|
|
|
|
Источник
|
