Innowacyjne urządzenia fotonowe na bazie wzajemnych zależności strat i wzmocnienia
Ośrodki fotoniczne ze wzmocnieniem i stratą dają niezwykłe możliwości kontrolowania promieniowania elektromagnetycznego w mikro- i nanolaserach. Naukowcy zainicjowali finansowany ze środków UE projekt NOLACOME(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (Nonlinear optics and lasing in complex media), aby przeprowadzić szczegółową analizę teoretyczną ważnych zagadnień badawczych. Zainspirowani możliwościami tworzenia układów optycznych wykorzystujących efekt wzmocnienia i straty naukowcy wnikliwie przeanalizowali rozpraszanie we wnękach o symetrii lustrzanej i czasowej (PT) opisywanych przez niehermitowskie hamiltoniany. Właściwości rozpraszania w takich wnękach są niezbędne do wyjaśnienia laserów PT i ich zależności z ich odpowiednikami w odwróconym czasie: antylaserami. Zespół badał miejsca załamania symetrii w otwartych i zamkniętych wnękach. Niehermitowskie wnęki optyczne cieszą się od niedawna dużym zainteresowaniem, ponieważ wiążą się z szeregiem niezwykle ciekawych zjawisk, w tym niewidzialnością jednokierunkową. Jest to wspaniały przykład złudzenia optycznego. Odbicie światła jest zerowe, gdy mierzy się je z jednej strony w punktach nietypowych (załamujących symetrię), i niezerowe, gdy mierzy się je z drugiej strony układu. Materiały uwzględniające ośrodki strat i wzmocnienia mogłyby być jednostronnie niewidoczne. Badacze rzucili nowe światło na niecodzienne właściwości takich wzmacniaczy, które mogą odgrywać ogromną rolę w ograniczaniu strat aktywnych struktur plazmonowych. Osiągnięcie jednokierunkowej propagacji światła bez strat (bez odbicia) w plazmonowych falowodach otworzy drogę do nowej generacji niezwykle kompaktowych, zintegrowanych urządzeń nanofotonowych. Badając po raz pierwszy fale o stałej intensywności i ich niestabilność w obecności (losowych) ośrodków ze wzmocnieniem i stratą, naukowcy wykazali, że propagacja wiąże się z zerowym odbiciem. Takie jednokierunkowe fale stanowią uogólnienie propagacji fal płaskich w wolnej przestrzeni na ośrodki niehermitowskie. Inne badanie dotyczyło nieliniowych efektów w otwartych układach fotonowych ze wzmocnieniem i stratą. Zespół z powodzeniem opisał dynamikę czasową sprzężonych, nieliniowych laserów fotonowych z symetrią PT poprzez rozwiązanie równań na laser nieliniowy. Badając stany oscylatora, udało się uzyskać lepszy wgląd w efekt wysycenia nieliniowego w miejscu przełamania symetrii. Wyniki te wskazują na istnienie nowego przejścia fazowego ze stanu szumu o wysokiej temperaturze do stanu lasera o małej amplitudzie. Rezultaty projektu NOLACOME dają możliwość tworzenia syntetycznych urządzeń optycznych i struktur o zwiększonej funkcjonalności.
