Een internationaal team van wetenschappers ontwikkelde 's werelds eerste anti-laser voor een niet-lineair Bose-Einstein-condensaat van ultrakoude atomen. Voor de eerste keer, wetenschappers hebben aangetoond dat het mogelijk is om het geselecteerde signaal volledig te absorberen, ook al maakt het niet-lineaire systeem het moeilijk om het golfgedrag te voorspellen. De resultaten kunnen worden gebruikt om superfluïde stromen te manipuleren, atomaire lasers maken, en bestudeer ook niet-lineaire optische systemen. De studie is gepubliceerd in Vooruitgang in de wetenschap.

Succesvolle informatieoverdracht vereist het vermogen om een ​​geselecteerd elektromagnetisch signaal volledig te doven zonder enige reflectie. Dit kan alleen gebeuren als de parameters van de elektromagnetische golven en het systeem eromheen coherent met elkaar zijn. Apparaten die een coherente perfecte absorptie van een golf met bepaalde parameters bieden, worden anti-lasers genoemd. Ze worden al enkele jaren gebruikt in optica, bijvoorbeeld, om zeer nauwkeurige filters of sensoren te maken. Het werk van standaard anti-lasers is gebaseerd op de destructieve interferentie van golven die invallen op de absorber. Als de parameters van de invallende golven op een bepaalde manier overeenkomen, dan leidt hun interactie tot perfecte absorptie zonder reflectie.

Echter, tot nu, het was niet duidelijk of een dergelijke absorptie mogelijk is in niet-lineaire systemen, zoals een optische vezel die een signaal met hoge intensiteit uitzendt in een sterk extern elektromagnetisch veld. Het probleem is dat het veel moeilijker is om de interactie te beschrijven van de invallende golven die zich in het niet-lineaire medium voortplanten. Tegelijkertijd, niet-lineaire systemen kunnen de golffrequentie en vorm regelen zonder energieverlies. Dit kan handig zijn voor signaalonderscheid in optische computers. Echter, het probleem is dat niet-lineaire systemen vaak onstabiel blijken te zijn, en het voorspellen van hun gedrag kan moeilijk zijn.

Wetenschappers uit Rusland, Duitsland en Portugal zijn de eersten die een anti-laser bouwen voor golven die zich voortplanten in een niet-lineair medium. In hun experimenten, de wetenschappers gebruikten een Bose-Einstein-condensaat van ultrakoude atomen. Een Bose-Einstein-condensaat is een eigenaardige toestand van materie die wordt waargenomen wanneer atomair gas wordt afgekoeld tot bijna absoluut nul. Onder deze voorwaarden, een gas met ongeveer 50, 000 atomen condenseren. Dit betekent dat alle atomen een coherente wolk vormen die de voortplanting van materiegolven ondersteunt. Sterke afstotende interacties tussen de gecondenseerde atomen veroorzaken niet-lineaire eigenschappen in het systeem. Bijvoorbeeld, de interactie van golven houdt op de wetten van lineaire interferentie te gehoorzamen.

Om het condensaat op te vangen, de wetenschappers gebruikten een periodieke optische val gevormd door de kruising van twee laserstralen. Een gefocusseerde elektronenstraal die op de centrale cel van het rooster wordt aangebracht, zorgt ervoor dat de atomen uit deze cel lekken. Atomen van naburige cellen gaan naar de centrale cel, proberen het lek op te vangen. Als resultaat, in het condensaat ontstaan ​​twee naar het centrum gerichte supervloeibare materiestromen. Zodra de stromen elkaar ontmoeten in de centrale cel, ze worden perfect geabsorbeerd, zonder reflectie.

"De wetten die de voortplanting van golven in verschillende media beschrijven, zijn universeel. ons idee kan worden aangepast om een ​​anti-laser te implementeren in andere niet-lineaire systemen. Bijvoorbeeld, in niet-lineaire optische golfgeleiders of in condensaten van quasideeltjes, zoals polaritonen en excitonen. Dit concept kan ook worden gebruikt bij het werken met niet-lineaire akoestische golven. Bijvoorbeeld, je kunt een apparaat bouwen dat geluiden van een bepaalde frequentie absorbeert. Hoewel dergelijke apparaten misschien niet snel worden gemaakt, we hebben laten zien dat het mogelijk is, " merkt onderzoeker Dmitry Zezyulin op, lid van het International Laboratory of Photoprocesses in the Mesoscopic Systems aan de ITMO University.

Wetenschappers zijn momenteel van plan over te stappen op niet-lineaire optische systemen, waarin atomen worden vervangen door fotonen. "Fotonen, in tegenstelling tot atomen, zijn moeilijk lang in het systeem vast te houden. Echter, in dit project, mijn collega's zijn erin geslaagd om een ​​niet-lineair atoomsysteem te laten gedragen alsof het uit fotonen bestaat. Tegelijkertijd, ze slaagden erin om onder dergelijke omstandigheden een ideale absorptie te realiseren. Dit betekent dat deze processen ook mogelijk zijn in niet-lineaire fotonische systemen, " zegt Ivan Iorsh, het hoofd van het International Laboratory of Photoprocesses in the Mesoscopic Systems aan de ITMO University.