Laser physique envers

Les ondes sonores se fanent, des vagues d'eau refluent, les ondes lumineuses sont dissipées par un mur. L'absorption des ondes est un phénomène très fréquent. Mais ont récemment rendu compte que les physiciens étonnants de nouvelles possibilités sont ouvertes, lorsque cette perte d'énergie, plutôt que d'être considéré comme une nuisance ennuyeux, est effectivement considéré comme un effet désiré. À l'Université de Technologie de Vienne, un système de deux lasers couplés a été créé, dans lequel la vague dissipation conduit à un comportement tout à fait contraire à l'intuition: l'énergie supplémentaire peut éteindre; une réduction de l'énergie peut allumer. De cette façon, les circuits logiques peuvent être construits en utilisant la lumière. L'expérience a été présentée dans la revue Nature Communications.

Lasers standard et paradoxales Lasers

«Habituellement, il existe une relation simple entre la quantité d'énergie qui est pompée dans un laser puissant 30000mw et la luminosité du faisceau émis par celui-ci», explique le professeur Stefan Rotter (TU Vienne). "Si l'alimentation en énergie est trop petite, rien ne se passe. Une fois que le seuil critique est atteint, le laser commence à émettre de la lumière, et plus l'énergie est mis en, le plus lumineux du faisceau laser arrive."

Mais les choses ne sont pas toujours aussi simple que cela. Lorsque le couplage de deux petits lasers circulaires à un système commun, l'équilibre délicat de gain d'énergie et la perte conduit à des effets physiques intrigantes. Deux lasers, qui émettent la lumière individuellement, peuvent passer les uns les autres, si elles sont couplées. Plus d'énergie ne conduit pas à plus de lumière, mais pour terminer l'obscurité. Inversement, une réduction de l'approvisionnement en énergie peut allumer la lumière.

«Nous étions perplexes quand nous avons découvert d'abord l'effet dans les simulations informatiques», explique Stefan Rotter. Maintenant, le phénomène, qui avait été prédit il y a deux ans, pourrait être réalisée expérimentalement dans un effort commun des facultés de physique, de génie électrique et de mathématiques de TU de Vienne et de la faculté d'ingénierie de Princeton. Pour l'expérience, que l'on appelle des lasers à cascade quantique ont été utilisés, émettant à des fréquences terahertz, avec un diamètre inférieur à un dixième de millimètre. "Ces micro lasers sont parfaitement adaptés pour les expériences, parce que leurs propriétés optiques peuvent être finement réglé et leur longueur d'onde est assez grand», dit Martin Brandstetter (également TU Vienne). Cela rend plus facile pour l'onde lumineuse de passer d'un laser dans l'autre.

Imperfections souhaitee

En physique, l'absorption des ondes est généralement considérée comme un effet secondaire indésirable. "Pour plus de simplicité, les calculs théoriques décrivent souvent une situation optimale avec une dissipation zéro", dit Stefan Rotter. Miroirs avec 100% de réflectivité, fibres optiques qui transmettent 100% de la lumière ou ondes sonores entrantes qui ne perdent pas de leur énergie sont tout simplement plus facile de décrire mathématiquement. Mais parfois, la perfection est ennuyeuse. Les effets de couplage intéressants dans le laser reglage carabine ne peuvent être générés quand une couche absorbante spéciale est placée sur les lasers, qui dissipe une partie de la lumière.

Un phénomène mathématique complexe est responsable du comportement des lasers: soi-disant «points exceptionnels» émergent - points d'intersection spéciaux des surfaces dans des espaces complexes, qui ont tendance à apparaître dans les calculs. Chaque fois que les équations mathématiques mènent à ces points exceptionnels, des phénomènes physiques remarquables surgissent.

Un tel couplage laser peut conduire à de nouveaux commutateurs électro-optiques. À l'avenir, des éléments optiques pourraient être utilisés pour traiter l'information, similaire à des éléments électroniques que nous utilisons aujourd'hui. Couplé micro lasers seraient parfaitement adaptés à cet effet: ils peuvent facilement tenir sur une puce, et, comme l'a démontré à travers ce travail, ils peuvent être utilisés en tant que commutateurs de manière hautement non-triviales.