Ученые получили световые импульсы прямоугольной и треугольной формы
Способ получения световых импульсов необычной формы (прямоугольных, треугольных, трапециевидных и др.), использование которых может в сотни раз ускорить обработку и передачу данных в различных оптических устройствах, включая квантовые, предложили ученые Санкт-Петербургского государственного университета (СпбГУ) и Физико-технического института (ФТИ) им. А. Ф. Иоффе РАН, 13 декабря сообщает сайт Indicator.ru.
Результаты исследования были представлены в статье «Генерация перестраиваемых по форме униполярных импульсов в нелинейной резонансной среде», опубликованной в журнале Physical Review A.
В зависимости от длины в электромагнитных волнах выделяют три основных оптических диапазона: инфракрасный, ультрафиолетовый и видимый спектр. Несущая частота импульсов, генерируемых в этих диапазонах, также принадлежит к упомянутым диапазонам спектра. При этом на несущей частоте напряженность электрического поля периодически и многократно меняет свое направление в соответствии с гармоническим законом.
Авторы исследования предложили метод создания таких световых импульсов, в которых несущая частота отсутствует и остается только одно колебание, в котором напряженность электрического поля не меняет своего направления.
Добиться этого можно при использовании нелинейной среды распространения импульсов с неоднородными характеристиками, которая возбуждается одним и деактивируется вторым импульсом.
Руководитель проекта, ведущий научный сотрудник физфака СПбГУ кандидат физико-математических наук Ростислав Архипов рассказал о предложенном методе:
«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».
Причина резкого роста информационной емкости таких импульсов в их униполярности — они не изменяют направление электрического поля, а при отсутствии несущей частоты ширина полосы частот резко возрастает и простирается от нулевого значения до, например, видимой области спектра.
В этом случае информационная емкость сигнала включает все диапазоны частот — от радио- и микроволнового до оптического. Поэтому такой источник излучения сможет организовать радиотрансляцию, световое шоу и многое другое.
Главный научный сотрудник ФТИ им. Иоффе академик РАН Николай Розанов добавил: «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».
Воздействие униполярных импульсов такой малой длительности на микрообъекты уже невозможно описать с помощью традиционных теорий. В этом случае, как показали результаты проведенных исследований, определяющее значение имеет электрическая площадь действующего импульса, которую можно определить как интеграл от напряженности электрического поля по времени в данной точке пространства.
«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», — уточнил Николай Розанов.
