Получены необычные световые импульсы прямоугольной, трапециевидной и треугольной формы
16.12.2022
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.
![(jpg, 242 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=a768b409-dec9-4af5-ad08-de37c0ef92cc)
Источник: kjpargeter/Freepik.
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.
Источник: пресс-служба РНФ.