Som ett flipperspel i händerna på en bra spelare, en samling av slumpmässigt placerade hinder kan räcka för att fånga ljus utan behov av en optisk kavitet. Genom att lägga till förstärkning, Utan kostnad, en spegellös laser - ofta kallad "slumpvis laser" - kan erhållas.

Med hjälp av detta koncept har forskare vid Bar-Ilan University i Israel visat störningsinducerad lokalisering, ett ganska svårt vågfenomen att observera, men också en av de mest slående och förvirrande manifestationerna av vågstörningar som Nobelprisvinnaren P.W. Anderson för elektroner och, senare, generaliserat till ljusvågor. Detta fenomen belystes nyligen i tidningen Optica .

"Vi insåg att en slumpmässig laser har många frihetsgrader som inte är tillgängliga i konventionella kavitetslasrar. Baserat på denna upptäckt, vi visade att laseremission enkelt kan kontrolleras genom att forma pumpprofilen som ger förstärkning inuti spridningsmediet, " säger prof. Patrick Sebbah, vid Institutionen för fysik och Institutet för nanoteknologi och avancerade material vid Bar-Ilan University, som ledde forskningen. "Detta görs optiskt med total flexibilitet. Det står i kontrast till den tekniska utmaningen att justera en spegelkavitet i en konventionell laser, " tillägger Sebbah, vars forskningssamarbetspartner inkluderade prof. Mélanie Lebental, från Frankrike, och studenter från hans grupp för mesoskopisk optik vid Bar-Ilan.

Eftersom detta svaga fenomen förstärks i en "plastmikrolaser", det är möjligt att direkt observera laserljus som byggts upp i ett begränsat spridningsområde, varje begränsat läge motsvarar en annan färg/våglängdsemission. Alla dessa färger/lägen smälter samman och lokaliserade lägen interagerar, var och en försöker gripa för att vinna för sig själv på bekostnad av de andra.

För att observera dessa lokaliserade lasrlägen individuellt, Sebbah och kollegor föreslog en metod, baserat på en artikel från 2014 i Naturfysik , att reda ut interagerande lägen och undertrycka ömsesidig konkurrens för vinst. Att göra så, en icke-enhetlig förstärkningsfördelning skapas som optimalt väljer det ena läget och släcker det andra.

De blev förvånade över att upptäcka att när modtävlingen undertrycktes och ett laserläge optimerades, de kunde öka lasereffektiviteten, och släppa lös de "optimalt utkopplade lasringslägena", dvs. laserlägena med den starkaste emissionen för den lägsta energikostnaden. "Detta är det magiska i den modala inneslutningen genom multipel spridning av ljus, " säger Bhupesh Kumar, postdoc som ledde experimenten.

Dessa fynd öppnar en unik väg för att undersöka Andersons lokalisering, en av de mest utmanande uppgifterna inom optik, att utforska rollen av olinjäriteter på lokalisering och testa experimentellt teoretiska förutsägelser. Metoden som utvecklats här kan appliceras på design av mycket effektiva och stabila slumpmässiga mikrolasrar, där den slumpmässiga och icke-hermitiska naturen hos dessa lasrar erbjuder oöverträffade grader av frihet.