Понедельник, 4 марта, 2024
ДомойФизикаВысвобождение состояний фотонной змеи: новая эра восприятия света

Высвобождение состояний фотонной змеи: новая эра восприятия света

- Advertisement -

Исследователи из UPV, UPC и ICFO обнаружили «состояния фотонной змеи», отметив значительный прогресс в изучении света и манипулирования им. Открытие, опубликованное в журнале Nature Photonics, открывает новые возможности в формировании частотных гребенок и прокладывает путь для передовых приложений в таких областях, как связь, спектроскопия, метрология и квантовые вычисления.

Исследователи из UPV, UPC и ICFO в Испании открывают фотонных змей, новый инструмент для раскрытия секретов света.

Свет, с его бесчисленным множеством цветов, является одним из чудес природы. Для истинного понимания того, что мы наблюдаем, нам необходимо понимать точные цвета света, формирующего наше восприятие. Мы достигаем этого с помощью оптических инструментов, известных как частотные гребенки, которые были впервые отмечены Нобелевской премией по физике в 2005 году.

Эти оптические линейки используются не только для измерения цветов, но также для измерения времени, расстояния и других важных величин. Как таковые, они играют решающую роль в научных и технологических приложениях, позволяя нам исследовать и раскрывать глубокие тайны света.

Недавно исследование, проведенное Политехническим университетом Валенсии (UPV) с участием исследователей из Политехнического университета Каталонии – Технологии Барселоны (UPC) и Института фотонных наук (ICFO), достигло прорыва. Работа команды, опубликованная в научно-исследовательском журнале Фотоника природыпредставила новый инструмент под названием «Состояния фотонной змеи» для расшифровки секретов света.

Исследование привлекло международное научное сообщество и открыло беспрецедентные возможности в формировании частотных гребней. Он постулирует существование двумерных оптических линеек, которые более сложны, чем используемые в настоящее время одномерные версии, и обеспечивают исключительную универсальность в различных приложениях.

Фотонные состояния змеи

Фотонный микроцилиндр в режиме генерации фотонной змейки. 1 кредит

Приложения в области связи, спектроскопии или вычислений

Частотные гребенки имеют множество применений, особенно в области связи. Авторы исследования предполагают, что эти гребенки позволяют эффективно передавать значительные объемы информации по оптическим волокнам. Используя четко определенные частоты, несколько световых сигналов могут быть отправлены одновременно и легко разделены при их получении.

Частотные гребенки также играют ключевую роль в спектроскопии. Они позволяют получать оптические спектры с непревзойденным точность и разрешение, облегчающее идентификацию различных веществ. Это особенно полезно в химии, биологии и медицине, где решающее значение имеют точное обнаружение молекул и характеристика материала.

В метрологии, науке об измерениях, эти структуры служат эталонами из-за их способности генерировать стабильные и известные частоты. Они позволяют точно измерять фундаментальные величины, такие как время и длина, которые необходимы в большинстве научных областей.

Кроме того, частотные гребенки продемонстрировали многообещающий потенциал в квантовые вычисления. Здесь световые частицы или фотоны интегральны. В частности, частотные гребенки могут генерировать одиночные фотоны с уникальными свойствами, необходимыми для развития этих технологий.

Будущее оптических правил

Однако разработка этих оптических линеек сталкивается с фундаментальной проблемой: нестабильностью, возникающей при их построении. Эти нестабильности препятствуют генерации универсальных световых форм.

Как указывает профессор Педро Фернандес де Кордоба, исследователь из IUMPA Университета Пью-Эн-Эн и соавтор этой работы, «следует отметить, что наша команда с теоретической точки зрения получила условия для стабильной световой структуры, найдя зигзагообразные конфигурации, которые мы назвали фотонными змеями. Стабильность этих световых состояний является важным аспектом будущих приложений».

Исследование также продемонстрировало возможность создания двумерного расположения индивидуально доступных синхронизированных оптических линеек. Этот прорыв позволяет генерировать огромное количество правил в одном устройстве, управляемом одним источником лазерного излучения.

На самом деле, как говорит профессор Карлес Милиан, руководивший этим исследованием: «Потенциальное влияние этого прорыва чрезвычайно велико, поскольку оно может позволить разработать широкополосные реконфигурируемые монолитные многокомпонентные устройства. Эти устройства будут обеспечивать различные частотные гребенки по запросу и в режиме реального времени, что значительно расширит существующие приложения».

Кроме того, это исследование основано на тщательных и всеобъемлющих теоретических моделях. В них учтены все известные эффекты, которые могут проявиться в будущих экспериментах по формированию двумерной гребенки частот с использованием надежных теоретических и численных инструментов.

На самом деле, как отмечает профессор Дж. Альберто Конехеро, директор Департамента прикладной математики УПВ и соавтор этой работы, «это исследование построило очень точную модель, которая включает все явления, которые могут влиять на формирование этих структур. Он будет использоваться в качестве руководства для будущих экспериментов с последующим экономическим эффектом от знания заранее экспериментальных параметров, с помощью которых можно создавать стабильные световые змеи».

Научная веха

Это открытие знаменует собой веху в физике этих структур и прокладывает путь к «захватывающему будущему передовых оптических устройств». Салим Б. Иварс (Каталонский политехнический университет), Ярослав В. Карташов и Луис Торнер (ICFO) также внесли свой вклад в работу. По словам последнего, «это важное открытие примечательно тем, что оно неожиданное и удивительное, и стало возможным благодаря интуиции и руководству профессора Милиана».

Команда UPV, UPC и ICFO заявляет, что это открытие будет способствовать дальнейшим исследованиям в этой области и приведет к революционным новым приложениям и технологиям. «Благодаря этим достижениям мы стали на один шаг ближе к разгадке тайн света и полному использованию его потенциала на благо нашего общества», — заключают они.

Ссылка: «Состояния фотонной змеи в двумерных частотных гребенках», Салим Б. Иварс, Ярослав В. Карташов, П. Фернандес де Кордова, Х. Альберто Конехеро, Луис Торнер и Карлес Милиан, 29 мая 2023 г., Фотоника природы.
DOI: 10.1038/s41566-023-01220-1

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме