Ученые нашли новый метод управления светом лазера при помощи "странностей" некоторых законов физики

Группа исследователей из Венского Технологического университета и Принстонского университета, обнаружив некоторые аномалии в математических уравнениях, описывающих работу микроскопических лазеров, создала экспериментальную лазерную систему, демонстрирующую соответствующее аномальное поведение.

При увеличении мощности электрической накачки в определенный момент лазер полностью отключается вместо того, чтобы дальше наращивать яркость свечения. Такое необычное поведение лазерной системы может стать новым способом управления взаимодействием электроники и света, на основе которого строятся все современные коммуникационные системы и быстродействующие системы оптической обработки информации.

Созданная учеными лазерная система состоит из двух крошечных полупроводниковых лазеров, диаметром около одной десятой миллиметра. Эти лазеры располагаются на подложке, практически касаясь друг друга, разделяющее их расстояние в 50 раз меньше, чем размеры лазеров. Каждый из лазеров накачивается электрическим током, излучая свет, подобно нормальным лазерам. Увеличение мощности накачки одного из лазеров приводит вместо ожидаемого увеличения яркости свечения к тому, что вся система полностью перестает излучать свет.

"Этот эффект не имеет никакого отношения к нормальному взаимодействию потоков волн из двух различных источников" - рассказывает Хакан Тюречи (Hakan Tureci), исследователь из Принстонского университета, - "В некоторых случаях свет или звуковые волны из двух источников складываются в противофазе, полностью подавляя друг друга. Здесь же мы наблюдаем иной эффект, отключение лазерной системы происходит в результате наложения распределенных энергетических потерь, что делает равным нулю коэффициент усиления лазерной системы".

"Потери энергии в любой электронной системе является тем, чего ученые и инженеры пытаются избежать любыми методами" - рассказывает Хакан Тюречи, - "В нашем случае мы используем энергетические потери в своих целях, превращая их в новый инструмент управления оптико-электронными системами".

Данные исследования являются продолжением работы Тюречи, выполненной им в 2008 году. Ему удалось разработать математические модели, описывающие поведение и функционирование крошечных лазеров, размеры которых колеблются в пределах от микрометров до нанометров и которые можно встраивать прямо в кристаллы компьютерных чипов.

Работая с уравнениями математических моделей микролазеров ученые обнаружили в результатах расчетов некоторые математические аномалии. Более тщательное изучение этого вопроса привело к тому, что в 2012 году Хакан Тюречи разработал теоретическую модель лазерной системы, выключающейся при увеличении мощности накачки. И вот только сейчас ученым удалось создать реальную лазерную систему, аномальное поведение которой полностью соответствует теоретической модели.

Владение подобными математическими моделями и секретами аномального поведения позволяет исследователям манипулировать пространственным распределением излучаемого лазером света и распределением энергии потерь, что позволяет, в свою очередь, разрабатывать высокоэффективные микролазеры и проектировать чипы, использующие оптические коммуникации и оптическую обработку информации, создавать новые инструментальные устройства класса лаборатория-на-чипе и многое другое.