Российские ученые уловили колебания химер в системах лазеров
Ученые из МИСиС совместно с сотрудниками из Казахстана и Греции нашли турбулентные химерные состояния в громадных массивах полупроводниковых лазеров. Это открытие разрешит сделать совокупности лазеров более действенными и будет использоваться в фиброскопах и сенсорах, применяемых в лазерной медицине. Изучение размещено в издании Scientific Reports.
Химерные состояния были открыты в 2002 году. Собственный наименование они взяли вследствие того что часть совокупности колеблется согласованно (когерентно), как и положено лазерам, а вторая часть — непоследовательно (некогерентно). Химеры играют роль «перехода» между полным порядком, идеальным синхронным колебанием, и полным хаосом, хаотичным колебанием.
Необычность химер пребывает в том, что они не смогут появиться на протяжении работы одного лазера. Их возможно подметить только в совокупностях связанных аналогичных нелинейных лазеров. Более того, в некоторых областях лазерной связки осцилляторы колеблются когерентно, а в других — нет, что само по себе требует независимых исследований.
В 2016 году американские и германские математики предсказали, что химеры смогут быть трех типов: стационарные (размер области, занимаемой когерентными осцилляторами, во времени не изменяется), дышащие (размер области когерентности осциллирует с течением времени) и турбулентные (размер и поведение данной области изменяется нерегулярно). Но как такие совокупности появляются, оставалось непонятным.
Чтобы выяснить их возникновения поведение и механизм химер, исследователи проанализировали 200 изначально несинхронизированных полупроводниковых лазеров. Со временем совокупность частично синхронизировалась, а оставшаяся часть продемонстрировала поведение, характерное для предсказанной ранее турбулентной химеры. При повышении массива до тысячи лазеров поведение совокупности фактически не изменялось.
Наличие химер говорит о том, что такие совокупности смогут быть организованными только частично.
«Мы изучили массив как раз полупроводниковых лазеров, поскольку такие массивы связанных нанолазеров уже созданы экспериментально. Но полагаем, что схожие результаты будут скоро взяты и для массивов вторых лазеров.
Уравнения, каковые использованы в этом изучении, подобны уравнениям, появляющимся при описании массивов связанных джозефсоновских переходов (два сверхпроводника, поделённых узким слоем диэлектрика, через что протекает сверхпроводящий ток), что разрешает сохранять надежду на возможность обнаружения турбулентных химер в сверхпроводящих устройствах, к примеру в массивах сверхпроводящих квантовых интерферометров. Помимо этого, лазерные массивы требуют меньших энергетических затрат, чем громадные лазеры, и их несложнее создавать», — поведал ведущий научный сотрудник лаборатории сверхпроводящих метаматериалов Георгиос Циронис.
Сейчас ученые собираются найти метод действенного управления турбулентным химерным состоянием, что сделает громадные массивы лазеров более действенными.