Вчені навчилися керувати світлом випадкового лазера
Випадкові лазери - це крихітні структури, які випромінюють когерентний світло в абсолютно випадкових напрямках. Група вчених з Віденського Технологічного університету продемонструвала, що, незважаючи на хаотичність і випадковість природи таких лазерів, їх випромінюванням можна керувати з досить високою точністю. Форма світла, що випромінюється випадковим лазером, в кожному з випадків унікальна, як унікальний відбиток пальця кожної людини, що дає можливість розглядати такий лазер в якості нового типу екзотичного джерела світла. А можливість управління випромінюванням таких лазерів дозволить в майбутньому використовувати унікальні характеристики їх світла в практичних цілях, в науковому обладнанні, в промислових і медичних цілях.
У звичайному лазері світ рухається всередині лазера, відбиваючись від паралельних дзеркал. Під час руху світла відбувається його посилення атомами речовини тіла лазера і формується промінь монохроматичного і когерентного світла, що виходить назовні через одне з дзеркал, яке є напівпрозорим.
Будь лазеру для того, щоб він зміг посилювати світло, потрібно підведення зовнішньої енергії, яка в більшості випадків прибуває від зовнішнього джерела світла. Це називається оптичною накачкою лазера. В якості накачування використовується некогерентне світло з довжиною хвилі, відмінною від довжини хвилі світла, що випромінюється лазером. Лазер перетворює надходить світло і випромінює її в одному напрямку, а випадковий лазер випромінює світло у випадковому напрямку або відразу в декількох напрямках.
"Випадкові лазери працюють без всяких дзеркал" - розповідає Штефан Роттер (Stefan Rotter), професор з Інституту теоретичної фізики Віденського Технологічного університету, - "Випадкові лазери складаються з гранул спеціального оптичного матеріалу, проходячи крізь що світ рухається по складних траєкторіях і розсіюється у випадкових напрямках. Напрямки, в яких виходить посилений світло, залежать від випадкової структури, від випадкового взаємного розташування гранул лазера".
"Єдиний шлях, який можна використовувати для управління світлом випадкового лазера - це управління його накачуванням" - розповідає професор Роттер, - "Нашим рішенням є вибіркова і послідовна накачування різних частин випадкового лазера, що в деяких випадках дозволяє отримати промінь лазерного світла, що виходить строго в певному напрямі".
Для того, щоб розрахувати послідовність "правильної" накачування випадкового лазера, вчені вдалися до складного комп'ютерного моделювання. "Ми починаємо проводити моделювання випадкових хаотичних образів накачування і обчислюємо вид результуючого лазерного випромінювання. Потім, використовуючи ці дані, ми може досить точно розрахувати процедуру накачування випадкового лазера таким чином, щоб його промінь виходив у суворо заданому напрямку".
Оскільки всі примірники випадкових лазерів відрізняються один від одного, то така процедура оптимізації повинна бути проведена для кожного лазера окремо. Але коли вона проведена всі випадкові лазери стають подібними один одному і ними можна керувати, використовуючи єдині уніфіковані алгоритми.
Наукова команда професора Штефана Роттера зараз працює спільно з вченими з Парижа, які займаються виготовленням випадкових лазерів. Спільними зусиллями вони планую перевірити на практиці розроблену ними здатність керувати світлом випадкових лазерів. Якщо їм вдасться змусити випадкові лазери "забути" свою хаотичну природу на практиці, то це стане головним кроком до початку застосування цих нових екзотичних джерел світла, які дозволять реалізувати технології, що є зараз чимось з області наукової фантастики.