Sedan realiseringen av den första laserhålan har otaliga frågor ställts för vilka laserljus har gett svaret. Många frågor har också ställts för att förbättra våra förmågor att producera lasrar med olika prestandaspecifikationer och våglängder. En fråga som inte ställdes förrän nyligen är - vad händer om du lyser en laserstråle genom en annan laserhålighet? Det kanske inte verkar vara en praktisk fråga att ställa experimentellt, men efter att ha studerat hur externt infallande ljus interagerar med ett aktivt laserhålrum i kvantitativ detalj, svaret visar sig erbjuda enheter med nya, till synes paradoxala optiska möjligheter.

Nu, en ännu närmare titt på dessa funktioner har gett ett unikt fönster till grundläggande fysik och optiskt beteende. Samarbetet som forskar om dessa laserhålighetsinteraktioner, från University of Central Floridas College of Optics and Photonics (CREOL) och Yale University, utvecklat en perfekt reflekterande enkelriktad spegel, erbjuder verkligt dolda observationsfönster; något passivt material kan bara approximera.

Granskar djupare i mekanismen för detta paradoxala beteende, de har också nu avslöjat grundläggande aspekter av vad som styr de optiska svaren och en direkt syn på kausalitetens roll. Ayman Abouraddy, University of Central Floridas CREOL - Multi -Material Optical Fiber Devices -grupp, kommer att presentera sin grupps resultat vid Frontiers in Optics + Laser Science APS/DLS (FIO + LS), hölls 17-21 september 2017 i Washington, DC.

"Ett hålrum är en av de grundläggande komponenterna vi har inom optik - det är i princip två speglar framför varandra, "Abouraddy sa." Vi har tittat på vad som skulle hända om jag skickar en ljusstråle genom en sådan hålighet med förstärkning inuti när jag gradvis ökar mängden vinst. Vi studerar vad som händer med ljus som skickas genom ett hålrum om hålrummet är aktivt. "

Genom att ändra vinsten, hålighetens optiska svar på en separat infalllaser (med annan våglängd) förändras också. Denna aktiva komponent ändrar mätbart reflektion och överföring, beroende på kavitetens aktiva förstärkningsnivå.

"När vi ökar vinsten, hålrummet kommer att lossna av sig själv. För vår forskning idag, vi är mer intresserade av vad som händer med en signal som jag skickar genom det hålrummet, "Sa Abouraddy.

När hålrummet börjar rinna, dock, en fascinerande och viktig förändring av beteendet dyker upp. Vid det tillfället, både reflektion och överföringsförstärkning toppar, även om mätsignalens effekt förblir linjärt relaterad till utsignalen. Detta visar också att effekten inte är nära mättnad.

"Hålrummet är inte tillåtet att förstärka över en viss gräns efter att du träffat lasing, "sa Abouraddy. Denna effekt, känd som förstärkningsspänning, är en del av en stabil funktion hos lasern. Det liknande svaret på externt infallande ljus, dock, som ger en verkligt transparent perfekt spegel, är inte bara roman utan erbjuder ny inblick i grundläggande fysik.

Teamets experimentella demonstration använde ett fiberoptiskt hålrum där de separerade det framåt- och bakåtgående ljuset. När de noga undersökte dynamiken i det riktade energiflödet i hålrummet när ökningen ökade, vad de fann relaterade till grundläggande fysiska principer.

Abouraddy förklarar att vid tillräcklig vinst, som ljus gör resor i hålrummet i båda riktningarna, en noll i energiflödet där de två riktningarna avbryts smyger sig gradvis djupare in i hålrummet. Beteendet hos denna noll länkar en lasers grundläggande tröskel till en direkt demonstration av kausalitetens gränser.

"Vid lasertröskeln, den noll når halvvägs i hålrummet. Det visar sig att öka vinsten ytterligare, den noll vägrar att gå vidare, och den är fäst i mitten av hålrummet, "sa han." Det är därför som vi ökar vinsten, vi ser ingen ytterligare förstärkning. Nu är det fina med det hela att det visar sig att det är kopplat till kausalitet. Om denna noll skulle röra sig längre bortom mitten av hålrummet, vilket skulle vara ett brott mot kausalitet. I detta fall, man skulle få en utmatning från den innan du skickade en ingång. "