Naukowcy odkrywają przypadki węgorza optycznego, nowego narzędzia do odkrywania tajemnic światła

Światło, w niezliczonych kolorach, jest jednym z cudów natury. Aby naprawdę zrozumieć to, co widzimy, konieczna jest znajomość dokładnych kolorów światła, za pomocą których postrzegamy nasz świat. Osiągamy to za pomocą reguł optycznych zwanych grzebieniami częstotliwości, których pierwsza realizacja zdobyła Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2005 roku.

Lekkie linijki służą nie tylko do mierzenia kolorów, ale także do mierzenia czasu, odległości i innych podstawowych wielkości; Stąd jego znaczenie w zastosowaniach naukowych i technologicznych. To narzędzia, które pozwalają nam wejść w świat światła i odkryć jego najgłębsze tajemnice.

Właśnie to było możliwe dzięki niedawnym badaniom prowadzonym przez Uniwersytet w Walencji (UPV), z udziałem naukowców z Universidad Politècnica de Catalunya – Barcelona Tech (UPC) oraz Instytutu Nauk Fotonicznych (ICFO). W swojej pracy opublikowanej w Journal of Scientific Research Fotonika naturyOdkryli „stany węża świetlnego”, nowe narzędzie do odkrywania tajemnic światła.

Badanie to przyciągnęło uwagę międzynarodowej społeczności naukowej i otworzyło bezprecedensowe perspektywy w tworzeniu grzebieni częstotliwości: przewiduje istnienie dwuwymiarowych reguł optycznych, które są bardziej złożone niż reguły jednowymiarowe stosowane do tej pory i oferują niespotykaną wszechstronność w szerokim zakresie zastosowań.

Zastosowania w komunikacji, spektroskopii lub informatyce

Grzebienie częstotliwości mają szeroki zakres zastosowań, szczególnie w komunikacji. Zdaniem autorów badania, grzebienie te umożliwiają przesyłanie dużych ilości informacji przez światłowody w bardzo wydajny sposób, ponieważ dzięki dobrze zdefiniowanym częstotliwościom wiele sygnałów optycznych może być przesyłanych jednocześnie i łatwo rozdzielanych po ich odebraniu.

Innym obszarem, w którym grzebienie częstotliwości okazały się bardzo przydatne, jest spektroskopia. Możliwość uzyskiwania widm optycznych z niespotykaną precyzją i dokładnością ułatwia identyfikację różnych materiałów. Ma to bezpośrednie zastosowanie w takich dziedzinach, jak chemia, biologia i medycyna, gdzie niezbędna jest dokładna detekcja cząsteczek i charakterystyka materiałów.

W przypadku metrologii, nauki o pomiarach, struktury te są wykorzystywane jako odniesienie do wyznaczania standardów dzięki ich zdolności do generowania stabilnych i znanych częstotliwości. Pozwala to na precyzyjne pomiary podstawowych wielkości, takich jak czas czy długość, istotnych dla większości dziedzin nauki.

Wreszcie, grzebienie częstotliwości znalazły również obiecujące zastosowania w komputerach kwantowych, w których główną rolę odgrywają cząstki światła (lub fotony). W szczególności grzebienie częstotliwości można wykorzystać do generowania pojedynczych fotonów o określonych właściwościach, co ma kluczowe znaczenie dla rozwoju tych technologii.

Przyszłość reguł wizualnych

Podstawowym problemem, który należy przeanalizować, aby odnieść sukces w tych propozycjach, jest niestabilność, która pojawia się podczas próby skonstruowania tych baz fotosyntetycznych, co uniemożliwia generowanie wszechstronnych form fotomorficznych. Jak podkreśla profesor Pedro Fernández de Córdoba, badacz z IUMPA UPV i współautor tej pracy: „Należy zaznaczyć, że nasz zespół uzyskał, z teoretycznego punktu widzenia, warunki niezbędne dla stabilności struktury światło, znajdując formacje w kształcie zygzaków, które nazwaliśmy wężowymi stabilnością fotowoltaiczną. Stabilność tych stanów świetlnych jest ważnym aspektem dla przyszłych zastosowań.

Praca ta pokazała również, że możliwe jest stworzenie dwuwymiarowego układu zsynchronizowanych, indywidualnie dostępnych baz optycznych. To odkrycie zapewnia duży zestaw baz, które są generowane w jednym urządzeniu i kontrolowane przez pojedyncze źródło światła laserowego. Rzeczywiście, mówi profesor Carles Milian, który kierował badaniami: „Potencjalny wpływ tego przełomu jest niezwykły, ponieważ może on umożliwić rozwój szerokopasmowych, rekonfigurowalnych, monolitycznych urządzeń wielofunkcyjnych. Urządzenia te będą zapewniać różne grzebienie częstotliwości na żądanie i w czasie rzeczywistym. czasu, znacznie rozszerzając zakres istniejących aplikacji.

Wreszcie, badanie to opiera się na bardzo rygorystycznych i kompletnych modelach teoretycznych, które uwzględniają wszystkie znane efekty, które mogą wystąpić w przyszłych eksperymentach dotyczących tworzenia grzebieni częstotliwości 2D i symulują je przy użyciu potężnych narzędzi teoretycznych i numerycznych. W rzeczywistości, zauważa profesor J. Alberto Conigero, dyrektor Wydziału Matematyki Stosowanej UPV i współautor tej pracy: „Badania te zbudowały bardzo dokładny model, który obejmuje wszystkie zjawiska, które mogą wpływać na powstawanie tych struktur. Posłuży jako przewodnik dla przyszłych eksperymentów, co w konsekwencji wpłynie ekonomicznie na wcześniejszą wiedzę na temat parametrów eksperymentalnych, dzięki którym można generować stabilne węże świetlne.

Odkrycie to stanowi kamień milowy w fizyce tych struktur i toruje drogę do „ekscytującej przyszłości zaawansowanych urządzeń optycznych”, powiedział Salim B. do pracy. Według tego ostatniego: „To ważne odkrycie jest niezwykłe, ponieważ jest tak nieoczekiwane i zaskakujące, i było możliwe dzięki intuicji i zapałowi profesora Miliana”.

Zespół UPV, UPC i ICFO twierdzi, że to odkrycie pobudzi badania w tej dziedzinie i doprowadzi do rewolucyjnych nowych zastosowań i technologii. „Dzięki tym osiągnięciom jesteśmy o krok bliżej odkrycia tajemnic światła i wykorzystania jego pełnego potencjału z korzyścią dla naszego społeczeństwa” – podsumowali.