Ett internationellt team av forskare utvecklade världens första anti-laser för ett olinjärt Bose-Einstein-kondensat av ultrakalla atomer. För första gången, forskare har visat att det är möjligt att absorbera den valda signalen helt, även om det olinjära systemet gör det svårt att förutsäga vågens beteende. Resultaten kan användas för att manipulera superfluidflöden, skapa atomlasrar, och även studera icke-linjära optiska system. Studien publicerades i Vetenskapens framsteg.

Framgångsrik informationsöverföring kräver förmågan att helt släcka en vald elektromagnetisk signal utan någon reflektion. Detta kan bara hända när parametrarna för de elektromagnetiska vågorna och systemet runt dem är koherenta med varandra. Enheter som ger koherent perfekt absorption av en våg med givna parametrar kallas antilasrar. De har använts i flera år inom optik, till exempel, för att skapa filter eller sensorer med hög precision. Arbetet med standard anti-lasrar är baserat på den destruktiva interferensen av vågor som faller in på absorbatorn. Om parametrarna för de infallande vågorna matchas på ett visst sätt, då deras interaktion leder till perfekt absorption med noll reflektion.

Dock, tills nu, det var inte klart om sådan absorption är möjlig i olinjära system, såsom en optisk fiber som sänder en högintensiv signal i ett starkt externt elektromagnetiskt fält. Problemet är att det är mycket svårare att beskriva interaktionen mellan de infallande vågorna som utbreder sig i det olinjära mediet. På samma gång, olinjära system kan styra vågfrekvens och form utan energiförlust. Detta kan vara användbart för signalskillnad i optiska datorer. Dock, problemet är att olinjära system ofta visar sig vara instabila, och att förutsäga deras beteende kan vara svårt.

Forskare från Ryssland, Tyskland och Portugal är först med att konstruera en antilaser för vågor som utbreder sig i ett icke-linjärt medium. I deras experiment, forskarna använde ett Bose-Einstein-kondensat av ultrakalla atomer. Ett Bose-Einstein-kondensat är ett märkligt tillstånd av materia som observeras när atomär gas kyls till nästan absolut noll. Under dessa omständigheter, en gas som innehåller cirka 50, 000 atomer kondenserar. Detta innebär att alla atomer bildar ett sammanhängande moln som stödjer utbredning av materiavågor. Starka repulsiva interaktioner mellan de kondenserade atomerna inducerar olinjära egenskaper i systemet. Till exempel, interaktionen mellan vågor upphör att lyda lagarna för linjär interferens.

För att fånga upp kondensatet, forskarna använde en periodisk optisk fälla bildad av skärningspunkten mellan två laserstrålar. En fokuserad elektronstråle applicerad på den centrala cellen i gittret gör att atomerna läcker ut från denna cell. Atomer från närliggande celler går till centralcellen, strävar efter att kompensera för läckan. Som ett resultat, två flöden av superfluid materia riktade mot centrum bildas i kondensatet. När flödena möts i den centrala cellen, de absorberas perfekt, utan eftertanke.

"De lagar som beskriver utbredningen av vågor i olika medier är universella. Därför, vår idé kan anpassas för att implementera en anti-laser i andra olinjära system. Till exempel, i olinjära optiska vågledare eller i kondensat av kvasipartiklar, såsom polaritoner och excitoner. Detta koncept kan också användas vid arbete med icke-linjära akustiska vågor. Till exempel, du kan bygga en enhet som absorberar ljud av en viss frekvens. Även om sådana enheter kanske inte kommer att tillverkas snart, vi har visat att de är möjliga, " konstaterar forskaren Dmitry Zezyulin, medlem av International Laboratory of Photoprocesses in the Mesoscopic Systems vid ITMO University.

Forskare planerar för närvarande att gå över till olinjära optiska system, där atomer ersätts med fotoner. "Foton, till skillnad från atomer, är svåra att hålla kvar i systemet länge. Dock, i detta projekt, mina kollegor lyckades få ett olinjärt atomsystem att bete sig som om det bestod av fotoner. På samma gång, de lyckades genomföra en idealisk absorption under sådana förhållanden. Detta innebär att dessa processer även är möjliga i icke-linjära fotoniska system, " säger Ivan Iorsh, chefen för International Laboratory of Photoprocesses in the Mesoscopic Systems vid ITMO University.