Новости

13 декабря, 2022 16:28

Получены необычные световые импульсы прямоугольной и треугольной формы

Источник: Indicator
Российские ученые предложили способ получать световые импульсы необычной формы — прямоугольные, треугольные, трапециевидные. Их применение позволит в сотни раз ускорить обработку и передачу данных в разнообразных оптических устройствах, в том числе квантовых. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Physical Review A.
Источник: Indicator

Электромагнитные волны в зависимости от их длины можно разделить на три основных диапазона: инфракрасный, ультрафиолетовый, а также видимый спектр. Генерируемые в этих диапазонах короткие импульсы излучения объединяет одна особенность: все они имеют несущую частоту, принадлежащую к упомянутым диапазонам спектра. На несущей частоте напряженность электрического поля периодически и много раз меняет свое направление в соответствии с гармоническим законом.

Физики из Санкт-Петербургского государственного университета (Санкт-Петербург) и Физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург) предложили, как создать такие световые импульсы, в которых бы не было несущей частоты, и оставить в них только одно колебание, в котором напряженность электрического поля не меняла бы направление. В основе способа лежит использование нелинейной среды с неоднородными характеристиками, которая возбуждается, а затем это возбуждение деактивируется вторым импульсом.

«Мы предложили новый способ получения униполярных импульсов с необычной формой, например прямоугольной или треугольной. Ранее подобная задача считалась нерешаемой или как минимум крайне трудной. Однако, если источники импульсов заданной формы будут созданы, это поможет разработать оптические устройства, способные в сотни и тысячи раз быстрее обрабатывать и передавать информацию, чем используемые сейчас электронные схемы», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Ростислав Архипов, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник физического факультета СПбГУ

Получение подобных импульсов, длительность которых крайне мала, позволит создать сверхбыстрые оптические аналоги радиоэлектронных схем, способных в сотни и тысячи раз быстрее обрабатывать и передавать информацию. Причина резкого роста информационной емкости импульсов — их униполярность, то есть в импульсе не происходит изменения направления, нет несущей, а значит резко возрастает ширина полосы частот, которая простирается от нулевого значения до, например, видимой области спектра. Информационная емкость сигнала включает все диапазоны частот от радио- и микроволнового до оптического. Соответственно, имея источник такого излучения, можно лишь с его помощью организовать радиотрансляцию, световое шоу и многое другое.

«Мы также исследовали возбуждение и ионизацию квантовых систем при воздействии предельно короткими и униполярными импульсами света, когда их длительность короче орбитального периода электрона в атоме. Благодаря однонаправленному воздействию такие импульсы способны быстрее и эффективнее возбуждать их по сравнению с обычными биполярными длинными импульсами», — добавляет Николай Розанов, академик РАН, главный научный сотрудник ФТИ им. Иоффе.

При воздействии на микрообъекты униполярных импульсов такой малой длительности традиционные теории становятся неприменимы. В этом случае, как показали результаты проведенных исследований, ведущую роль играет уже электрическая площадь действующего импульса — она определяется, как интеграл от напряженности электрического поля по времени в данной точке пространства). Для обычных многоцикловых импульсов, которые получаются в лазерных установках на сегодняшний день, электрическая площадь всегда близка к нулю.
«Для оценки степени эффективности воздействия таких предельно коротких импульсов на различные квантовые системы нами была введена новая физическая величина — "атомная мера площади". Как показали наши исследования, вероятности возбуждения и ионизации атомных систем определяются отношением электрической площади импульса к ее атомной мере, а не энергией импульса или его амплитудой», — добавил Николай Розанов.
Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ

29 марта, 2024
Российские ученые обучили ИИ подбирать эффективную защиту для глаз от лазерного излучения
Российские ученые разработали нейросеть для быстрой оценки способности материалов блокировать опас...
28 марта, 2024
В ИТМО создали более долговечные синие перовскитные светодиоды
Ученые ИТМО нашли новый способ получения синего излучения у перовскитных нанокристаллов. Он позвол...