Un equipo internacional de científicos desarrolló el primer anti-láser del mundo para un condensado Bose-Einstein no lineal de átomos ultrafríos. Por primera vez, Los científicos han demostrado que es posible absorber la señal seleccionada por completo, aunque el sistema no lineal dificulta predecir el comportamiento de las olas. Los resultados se pueden utilizar para manipular flujos superfluidos, crear láseres atómicos, y también estudiar sistemas ópticos no lineales. El estudio fue publicado en Avances científicos.

La transferencia de información exitosa requiere la capacidad de extinguir completamente una señal electromagnética seleccionada sin ningún reflejo. Esto podría suceder solo cuando los parámetros de las ondas electromagnéticas y el sistema que las rodea sean coherentes entre sí. Los dispositivos que proporcionan una absorción perfecta coherente de una onda con parámetros dados se denominan anti-láseres. Se han utilizado durante varios años en óptica, por ejemplo, para crear filtros o sensores de alta precisión. El trabajo de los anti-láseres estándar se basa en la interferencia destructiva de las ondas que inciden en el absorbedor. Si los parámetros de las ondas incidentes coinciden de cierta manera, entonces su interacción conduce a una absorción perfecta con reflexión cero.

Sin embargo, hasta ahora, no estaba claro si tal absorción es posible en sistemas no lineales, como una fibra óptica que transmite una señal de alta intensidad en un fuerte campo electromagnético externo. El problema es que es mucho más difícil describir la interacción de las ondas incidentes que se propagan en el medio no lineal. Al mismo tiempo, Los sistemas no lineales pueden controlar la frecuencia y la forma de las ondas sin pérdida de energía. Esto puede resultar útil para la distinción de señales en computadoras ópticas. Sin embargo, el problema es que los sistemas no lineales a menudo resultan inestables, y predecir su comportamiento puede resultar difícil.

Científicos de Rusia, Alemania y Portugal son los primeros en construir un anti-láser para ondas que se propagan en un medio no lineal. En sus experimentos, los científicos utilizaron un condensado de Bose-Einstein de átomos ultrafríos. Un condensado de Bose-Einstein es un estado peculiar de la materia que se observa cuando el gas atómico se enfría hasta casi el cero absoluto. Bajo estas condiciones, un gas que contiene alrededor de 50, 000 átomos se condensan. Esto significa que todos los átomos forman una nube coherente que apoya la propagación de ondas de materia. Las interacciones repulsivas fuertes entre los átomos condensados ​​inducen propiedades no lineales en el sistema. Por ejemplo, la interacción de ondas deja de obedecer las leyes de la interferencia lineal.

Para atrapar el condensado, los científicos utilizaron una trampa óptica periódica formada por la intersección de dos rayos láser. Un haz de electrones enfocado aplicado a la celda central de la red hace que los átomos se filtren fuera de esta celda. Los átomos de las células vecinas van a la célula central, esforzándose por compensar la fuga. Como resultado, En el condensado se forman dos flujos de materia superfluida dirigidos hacia el centro. Una vez que los flujos se encuentran en la celda central, se absorben perfectamente, sin reflejo.

"Las leyes que describen la propagación de ondas en varios medios son universales. Por lo tanto, nuestra idea se puede adaptar para implementar un anti-láser en otros sistemas no lineales. Por ejemplo, en guías de ondas ópticas no lineales o en condensados ​​de cuasipartículas, como polaritones y excitones. Este concepto también se puede utilizar cuando se trabaja con ondas acústicas no lineales. Por ejemplo, puede construir un dispositivo que absorba sonidos de cierta frecuencia. Aunque es posible que estos dispositivos no se fabriquen pronto, hemos demostrado que son posibles, "señala el investigador Dmitry Zezyulin, miembro del Laboratorio Internacional de Fotoprocesos en Sistemas Mesoscópicos de la Universidad ITMO.

Los científicos actualmente planean cambiar a sistemas ópticos no lineales, en el que los átomos son reemplazados por fotones. "Fotones, a diferencia de los átomos, son difíciles de mantener en el sistema durante mucho tiempo. Sin embargo, en este proyecto, mis colegas lograron hacer que un sistema atómico no lineal se comportara como si estuviera formado por fotones. Al mismo tiempo, lograron implementar una absorción ideal en tales condiciones. Esto significa que estos procesos también son posibles en sistemas fotónicos no lineales, "dice Ivan Iorsh, el jefe del Laboratorio Internacional de Fotoprocesos en los Sistemas Mesoscópicos de la Universidad ITMO.