Создан первый в мире синий полупроводниковый лазер с перестраиваемой длиной волны

Учёные из Университета Осаки создали первый в мире компактный синий полупроводниковый лазер с перестраиваемой длиной волны, что является значительным достижением в области технологии дальнего ультрафиолета с многообещающим применением в стерилизации и дезинфекции. Работа опубликована в журнале Applied Physics Express. Высокоэффективные устройства преобразования длины волны имеют очень узкую полосу пропускания, что делает одноволновые лазеры идеальными в качестве источников возбуждения. Кроме того, важны точный контроль длины волны и возможность ее настройки. Хотя сообщалось о нескольких одноволновых синих лазерах с грубой периодической структурой, ни один из них не достиг настраиваемого управления длиной волны. Лазер с перестраиваемой длиной волны колеблется в диапазоне 405 нм, но его структуру можно легко адаптировать и к диапазону 460 нм.

Расширение запрещенной зоны по импульсу в фотонных кристаллах времени за счет резонансов

Международная исследовательская группа впервые разработала реалистичные фотонные кристаллы времени — экзотические материалы, которые экспоненциально усиливают свет. Этот прорыв открывает захватывающие возможности в таких областях, как связь, визуализация и зондирование, закладывая основу для более быстрых и компактных лазеров, датчиков и других оптических устройств. Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics. В работе учёные предлагают с помощью теоретических моделей и электромагнитного моделирования первый практический подход к созданию "по-настоящему оптических" фотонных кристаллов времени. Используя массив крошечных кремниевых сфер, они предсказывают, что особые условия, необходимые для усиления света, которые ранее были недоступны, наконец-то могут быть достигнуты в лаборатории с использованием известных оптических методов.

Обнаружен полностью оптический аналог ядерного магнитного резонанса с квантовыми жидкостями света

Исследователи из Сколтеха, Варшавского университета и Исландского университета продемонстрировали, что оптическими средствами можно возбудить и перемешать экситон-поляритонный конденсат, который излучает линейно поляризованный свет с осью поляризации, следующей за направлением перемешивания. Вращение линейной поляризации излучаемого света соответствует перемешиванию спина поляритона. Скорость такой модуляции во времени может достигать ГГц благодаря сверхбыстрой динамике поляритонной системы. Обнаружено, что эта прецессия происходит только при определенных резонансных условиях внешнего перемешивания и внутренних параметров системы. Работа опубликована в журнале Optica. Экспериментальная работа полностью проводилась в Центре фотоники Сколтеха.

Вынужденное рассеяние Бриллюэна на кристалле посредством поверхностных акустических волн

Группа исследователей впервые успешно применила лазеры для генерации направленных звуковых волн на поверхности микрочипа. Эти акустические волны, подобные поверхностным волнам, возникающим во время землетрясения, распространяются по чипу на частотах, почти в миллиард раз превышающих частоты, встречающиеся при землетрясениях. Удерживая звуковую волну на поверхности чипа, легче взаимодействовать с окружающей средой, что делает этот чип идеальным кандидатом для передовых сенсорных технологий. Результаты опубликованы в журнале APL Photonics. Метод, используемый исследователями, известен как вынужденное рассеяние Бриллюэна (ВРМБ). Это создается за счет расширенной петли обратной связи между фотонами (светом) и фононами (звуком). Когда свет движется вокруг чипа или оптического волокна, он создает звуковые вибрации. Раньше это считалось помехой в оптической связи, но затем ученые поняли, что могут объединить и усилить эту вибрацию как новый способ передачи и обработки информации. Процесс обратной связи позволяет световым волнам (обычно создаваемым лазерами) и звуковым волнам «сцепляться», увеличивая силу этого эффекта (обратной связи). Исследователи ожидают, что вынужденное рассеяние Бриллюэна найдет применение в сетях 5G/6G и широкополосных сетях, датчиках, спутниковой связи, радиолокационных системах, системах обороны и даже в радиоастрономии.

Новый квантовый лидар обеспечивает высокочувствительное обнаружение ветра на расстоянии 16 км

Исследовательская группа предложила теорию лидара для измерения ветра, основанную на квантовой интерференции с повышающим преобразованием, и успешно разработала прототип. Их работа опубликована в журнале ACS Photonics. Учёные предложили теорию использования HOM-интерференции и квантового стирания высокого порядка для демонстрации явлений квантовой интерференции с независимыми фотонами из разных источников света. HOM-интерференция — это квантовое оптическое явление, при котором интерференция возникает между двумя фотонами, даже если они не сосуществуют, демонстрируя корреляции. Квантовое стирание — это квантовомеханический процесс, который может устранить или восстановить квантовую запутанность между двумя фотонами, манипулируя дополнительными фотонами. Результаты показали, что эта квантовая лидарная система может записывать оптические сигналы в полосе пропускания более 17 ГГц (что соответствует 13 км/с) с частотой дискретизации МГц, решая проблемы с высокой частотой дискретизации и большими проблемами хранения данных для слабых сигналов при непрерывном обнаружении сверхбыстрых целей. Кроме того, в полевых экспериментах квантовая интерференционная лидарная система достигла обнаружения поля ветра на горизонтальном расстоянии 16 км с энергией 70 мкДж, улучшив чувствительность обнаружения в 7 раз по сравнению с существующими лидарными системами, с постоянством обнаружения поля ветра R² = 0,997.

Гигантское усиление нелинейных гармоник оптического пинцетного фононного лазера

Ученые совершили значительный скачок в разработке лазеров, использующих звуковые волны вместо света. Фононные лазеры обещают успехи в медицинской визуализации, глубоководных исследованиях и других областях. Результаты опубликованы в журнале eLight. Новая технология включает в себя крошечный электронный толчок, который значительно увеличивает мощность и точность звуковых волн, производимых лазером. Это открывает путь для будущих устройств, которые могли бы использовать звук для более широкого спектра приложений. Ранее фононные лазеры, изготовленные из небольших объектов, страдали от слабых и неточных звуковых волн, что ограничивало их полезность. Новый метод преодолевает эту проблему, по сути «запирая» звуковые волны в более стабильном и мощном состоянии.

Хиральное квантовое нагревание и охлаждение с помощью оптически управляемого иона

Тепловые двигатели, преобразующие тепло в полезную работу, жизненно важны в современном обществе. С развитием нанотехнологий изучение квантовых тепловых двигателей (QHE) имеет решающее значение для проектирования эффективных систем и понимания квантовой термодинамики. QHE, работающие как открытые квантовые системы, обмениваются энергией с внешними термальными ваннами, что приводит к квантовым скачкам. Поэтому динамика QHE может быть полностью описана и хорошо понята только с использованием исключительных точек Лиувилля (LEP), а не традиционных гамильтоновых EP, особенно для QHE на основе кубитов. В статье, опубликованной в журнале Light: Science & Applications, группа учёных демонстрирует хиральный квантовый нагрев и охлаждение, а также перенос квантового состояния с использованием оптически управляемого иона. Работа раскрывает хиральные термодинамические свойства квантовых систем с неэрмитовой динамикой путем динамического обхода замкнутого контура без вовлечения LEP. Направление обхода замкнутого контура влияет на то, действует ли система как тепловой двигатель или холодильник. Их исследование подчеркивает роль неадиабатических переходов и процесса Ландау-Зенера-Штюкельберга (LZS) в достижении хиральной операции. Этот эксперимент впервые связывает процесс LZS для хиральности с термодинамическими эффектами, связанными с LEP.

Многожильный волоконно-оптический дискриминационный датчик для измерения магнитного поля и температуры

В статье, опубликованной в журнале Light: Advanced Manufacturing, представлен сверхкомпактные многожильные волоконно-оптические (MCF) наконечники зондов для дискриминационного измерения магнитного поля и температуры. Микрокантилевер в форме чаши и микрополость, пропитанная микрожидкостью, были напечатаны на двух разных сердечниках MCF с помощью техники двухфотонной полимеризации (TPP) соответственно. Микрокантилевер был включен с железным шариком внутри наконечника в форме чаши, чтобы сделать его магнитно-чувствительным, в то время как микрополость, пропитанная микрожидкостью, обеспечила высокочувствительный элемент измерения температуры. Дискриминационное измерение двух параметров может быть реализовано с помощью матрицы коэффициентов чувствительности. Метод позволяет не только реализовать дискриминационное измерение магнитного поля и температуры с высокой чувствительностью, но и значительно уменьшить размер многопараметрического датчика.

Гибкое переключение орбитального углового момента в многомодовом волокне с использованием оптического нейронного сетевого чипа

В недавнем исследовании группа ученых под руководством профессора Цзянь Вана из Университета науки и технологий Хуачжун представила гибкую систему переключения режимов на основе чипа оптической нейронной сети. Эта система способна переключаться между различными режимами OAM в многомодовом волокне, что является критической функцией для современных оптических сетей связи. Чип оптической нейронной сети обеспечивает необходимую гибкость, позволяя произвольно переключать режимы между тремя режимами OAM в волокне. Статья опубликована в журнале Light: Advanced Manufacturing. Система также оснащена усовершенствованным алгоритмом градиентного спуска, который гарантирует, что перекрестные помехи между каналами остаются ниже −18,7 дБ, тем самым сохраняя целостность передаваемых сигналов. Это было продемонстрировано экспериментально, где различные форматы модуляции успешно передавались в различных режимах.

Когерентная энтропия при распространении через сложные среды

Как сообщается в Advanced Photonics, исследователи из Университета Сучжоу достигли значительного прогресса в понимании того, как свет ведет себя при прохождении через сложные и флуктуирующие среды. Этот прорыв может произвести революцию в различных приложениях, начиная от оптической связи и заканчивая передовыми методами визуализации. В области оптики деформация, мерцание и дрейф световых полей, вызванные сложными средами, исторически имели ограниченное практическое применение. Команда Университета Сучжоу представила новый подход к решению этой проблемы, используя концепцию, известную как энтропия когерентности. Когерентная энтропия, мера статистического свойства света, известного как когерентность, обеспечивает глобальную характеристику световых полей, подверженных случайным флуктуациям. Традиционно характеристика когерентности света была сложной и трудно поддающейся количественной оценке. Исследовательская группа успешно применила ортогональное модальное разложение к частично когерентным пучкам, что привело к введению когерентной энтропии как надежной метрики. Исследование показало, что энтропия когерентности остается стабильной при распространении света через унитарную систему, даже при столкновении со сложными и деформированными оптическими средами. Эта согласованность предполагает, что энтропия когерентности может быть надежным индикатором поведения светового поля в неидеальных условиях.