Als een flipperkast in de handen van een goede speler, een verzameling willekeurig geplaatste obstakels kan voldoende zijn om licht op te vangen zonder dat er een optische holte nodig is. Door versterking toe te voegen, gratis, een spiegelloze laser - vaak "willekeurige laser" genoemd - kan worden verkregen.

Met behulp van dit concept hebben onderzoekers van de Bar-Ilan Universiteit in Israël door stoornissen veroorzaakte lokalisatie aangetoond, een nogal moeilijk golffenomeen om waar te nemen, maar ook een van de meest opvallende en raadselachtige manifestaties van golfinterferentie voorspeld door Nobelprijswinnaar P.W. Anderson voor elektronen en, later, gegeneraliseerd naar lichtgolven. Dit fenomeen werd onlangs toegelicht in het tijdschrift optiek .

"We realiseerden ons dat een willekeurige laser veel vrijheidsgraden heeft die niet beschikbaar zijn in conventionele holtelasers. Op basis van deze ontdekking, we hebben aangetoond dat laseremissie eenvoudig kan worden gecontroleerd door het pompprofiel te vormen dat de versterking in het verstrooiingsmedium levert, " zegt prof. Patrick Sebbah, van de afdeling Natuurkunde en het Instituut voor Nanotechnologie en Geavanceerde Materialen aan de Bar-Ilan University, die het onderzoek leidde. "Dit gebeurt optisch met totale flexibiliteit. Het staat in contrast met de technische uitdaging om een ​​spiegelholte opnieuw uit te lijnen in een conventionele laser, " voegt Sebbah toe, wiens onderzoeksmedewerkers Prof. Mélanie Lebental waren, van Frankrijk, en studenten van zijn Mesoscopic Optics-groep in Bar-Ilan.

Omdat dit zwakke fenomeen wordt versterkt in een "plastic microlaser", het is mogelijk om laserlicht dat is opgebouwd in een beperkt verstrooiingsgebied direct te observeren, elke beperkte modus komt overeen met een andere kleur/golflengte-emissie. Al deze kleuren/modi komen samen en gelokaliseerde modi werken op elkaar in, elk probeert te grijpen om voor zichzelf te winnen ten koste van de anderen.

Om deze gelokaliseerde lasermodi afzonderlijk te observeren, Sebbah en collega's stelden een methode voor, gebaseerd op een artikel uit 2014 in Natuurfysica , interagerende modi te ontwarren en onderlinge concurrentie om winst te onderdrukken. Om dit te doen, er wordt een niet-uniforme versterkingsverdeling gecreëerd die de ene modus optimaal selecteert en de andere uitdooft.

Ze waren verrast toen ze ontdekten dat zodra de modusconcurrentie werd onderdrukt en een lasermodus werd geoptimaliseerd, ze waren in staat om de efficiëntie van de laser te vergroten, en ontketen de "optimaal gekoppelde lasermodi", d.w.z. de lasermodi met de sterkste emissie voor de laagste energiekosten. "Dit is de magie van modale opsluiting door meervoudige verstrooiing van licht, " zegt Bhupesh Kumar, de postdoc die de experimenten leidde.

Deze bevindingen openen een unieke route om Anderson-lokalisatie te onderzoeken, een van de meest uitdagende taken in de optica, om de rol van niet-lineariteiten op lokalisatie te onderzoeken en experimenteel theoretische voorspellingen te testen. De hier ontwikkelde methode kan worden toegepast op het ontwerp van zeer efficiënte en stabiele willekeurige microlasers, waar de willekeurige en niet-Hermitiaanse aard van deze lasers ongekende vrijheidsgraden biedt.