Ученые СПбГУ выяснили, что сверхизлучение в протяженном неоднородном слое нелинейной среды может позволить получать униполярные импульсы без несущей частоты, которые за счет своей крайне малой длительности способны в сотни раз быстрее обрабатывать и передавать информацию.
С момента создания первых лазеров и до наших дней получение сверхкоротких световых импульсов является одной из важнейших областей оптики. Такие импульсы находят множество применений в сверхбыстром управлении процессами в материи, передаче данных. В рамках проекта «Одноцикловый, субцикловый и униполярный свет: получение и применения», поддержанного РНФ (проект 21-72-10028), ученые ведут поиск путей получения световых импульсов необычной негармонической формы.
«В электромагнитных импульсах, получаемых в лазерах, зависимость напряженности электрического и магнитного поля от времени всегда имеет гармоническую форму, — пояснил руководитель проекта, ведущий научный сотрудник СПбГУ Ростислав Михайлович Архипов. — Поле периодически меняет свое направление на противоположное много раз за длительность импульса. По сей день „экзотический“ случай — это генерация импульсов, в которых нет несущей частоты и не происходит изменения направления вектора напряженности поля. Это так называемые униполярные импульсы. Униполярные негармонические импульсы, например, прямоугольной формы, распространяются в проводных электрических цепях в цифровой электронике».
По словам Ростислава Михайловича, вопрос о генерации подобных импульсов в оптическом и смежных диапазонах до сих пор не ставился, поскольку подобная задача представляется или нерешаемой, или очень трудно достижимой. Однако, если такие источники будут созданы, то фактически можно будет пробовать сверхбыстрые оптические аналоги радиоэлектронных схем, благодаря отсутствию несущей частоты способных в сотни и тысячи раз быстрее обрабатывать и передавать информацию.
Ученые СПбГУ предложили новый способ получения униполярных световых импульсов негармонической формы за счет сверхизлучения. В основе подхода лежит использование нелинейной среды с неоднородными характеристиками, переходы в которой когерентно возбуждаются парой фемтосекундных оптических импульсов. В серии научных статей физики проанализировали возможности получения униполярных импульсов с негармонической формой зависимости напряженности поля от времени, а также сформулировали условия, когда можно получать униполярные импульсы без несущей, например, прямоугольной или треугольной формы зависимости напряженности поля от времени.
Научная статья опубликована в журнале Physical Review A: Anton Pakhomov, Mikhail Arkhipov, Nikolay Rosanov, Rostislav Arkhipov. Generation of waveform-tunable unipolar pulses in a nonlinear resonant medium // Physical Review A. Vol. 106, Iss. 5. № 053506.
С результатами исследования можно также ознакомиться в журнале «Письма в ЖЭТФ»: Пахомов А. В., Архипов М. В., Розанов Н. Н., Архипов Р. М. Сверхизлучение протяженной резонансной среды, возбуждаемой полуцикловыми аттосекундными импульсами (2022. Vol. 116. Issue 3. P. 151). Статья была отмечена редакцией и попала в рубрику Editor’s Choice («Статьи по выбору редакторов»).