Сверхкороткие импульсы превратили оптически однородный материал в «ловца» света | Новости науки
Использовать сверхкороткие световые импульсы (длительностью в квадриллионные доли секунды) для управления оптическими свойствами материалов предложили в СПбГУ. Когда такие импульсы сталкиваются, возникают периодические возмущения в окружающей их среде и превращают ее в систему зеркал, которые бесконечно перенаправляют друг на друга свет.
Этот эффект можно потенциально использовать в микрорезонаторах — устройствах, которые называют «ловушками для света» и применяют в лазерах, сенсорах и фотопоглотителях.
Исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета предложили использовать сверхкороткие оптические импульсы, длительность которых составляет квадриллионные доли (или 10-15) секунды, чтобы управлять свойствами различных — потенциально любых однородных — сред.
Авторы математически смоделировали прохождение таких импульсов через оптически однородную среду. Согласно их подходу, в среду навстречу друг другу одновременно подаются два сверхкоротких импульса. По мере своего пути они «возмущают» среду, приводя к тому, что в ее атомах меняется населенность квантовых уровней — упрощенно, распределение электронов в оболочке атома. При этом атомы с «обогащенными» и «обедненными» квантовыми уровнями чередуются подобно впадинам и гребням волн на воде. Такие изменения в атомах приводят к тому, что состоящая из них среда изменяет способность пропускать и преломлять свет. В результате получаются «полосы» с разным преломлением, формирующие расположенные параллельно друг другу «зеркала». Попадая на них, свет может «останавливаться».
По словам ученых, разработанный ими подход в перспективе позволит легко и быстро менять состояние среды: превращать ее в «зеркало», изменять ее пропускающую и преломляющую способность и быстро возвращать в исходное состояние за счет того, что импульсы длятся лишь квадриллионные доли секунды.
«Предлагаемый подход может использоваться при создании микрорезонаторов — устройств для управления светом на микроскопическом уровне, которые востребованы во многих оптоэлектронных устройствах. За счет малой длительности световых импульсов управлять микрорезонатором, работающим по такому принципу, можно будет максимально быстро. В дальнейшем мы планируем детально изучить динамику таких микрорезонаторов под действием предельно коротких световых импульсов», — рассказал руководитель проекта Ростислав Архипов, ведущий научный сотрудник физического факультета СПбГУ.
Результаты исследования, поддержанного грантами Российского научного фонда, опубликованы в журнале Optics Letters.