Une équipe internationale de scientifiques a développé le premier anti-laser au monde pour un condensat non linéaire d'atomes ultrafroids de Bose-Einstein. Pour la première fois, les scientifiques ont démontré qu'il est possible d'absorber complètement le signal sélectionné, même si le système non linéaire rend difficile la prédiction du comportement des vagues. Les résultats peuvent être utilisés pour manipuler les écoulements superfluides, créer des lasers atomiques, et également étudier les systèmes optiques non linéaires. L'étude a été publiée dans Avancées scientifiques.

Un transfert d'informations réussi nécessite la capacité d'éteindre complètement un signal électromagnétique sélectionné sans aucune réflexion. Cela ne peut se produire que lorsque les paramètres des ondes électromagnétiques et du système qui les entoure sont cohérents les uns avec les autres. Les dispositifs qui fournissent une absorption parfaite et cohérente d'une onde avec des paramètres donnés sont appelés anti-lasers. Ils sont utilisés depuis plusieurs années en optique, par exemple, pour créer des filtres ou des capteurs de haute précision. Le travail des anti-lasers classiques est basé sur l'interférence destructive des ondes incidentes sur l'absorbeur. Si les paramètres des ondes incidentes correspondent d'une certaine manière, alors leur interaction conduit à une absorption parfaite avec une réflexion nulle.

Cependant, jusqu'à maintenant, il n'était pas clair si une telle absorption est possible dans les systèmes non linéaires, tel qu'une fibre optique transmettant un signal de haute intensité dans un champ électromagnétique externe puissant. Le problème est qu'il est beaucoup plus difficile de décrire l'interaction des ondes incidentes se propageant dans le milieu non linéaire. À la fois, les systèmes non linéaires peuvent contrôler la fréquence et la forme des ondes sans perte d'énergie. Cela peut être utile pour la distinction des signaux dans les ordinateurs optiques. Cependant, le problème est que les systèmes non linéaires s'avèrent souvent instables, et prédire leur comportement peut être difficile.

Des scientifiques de Russie, L'Allemagne et le Portugal sont les premiers à construire un anti-laser pour les ondes se propageant dans un milieu non linéaire. Dans leurs expériences, les scientifiques ont utilisé un condensat Bose-Einstein d'atomes ultrafroids. Un condensat de Bose-Einstein est un état particulier de la matière observé lorsque le gaz atomique est refroidi à un niveau proche du zéro absolu. Dans ces conditions, un gaz contenant environ 50, 000 atomes se condensent. Cela signifie que tous les atomes forment un nuage cohérent supportant la propagation des ondes de matière. De fortes interactions répulsives entre les atomes condensés induisent des propriétés non linéaires dans le système. Par exemple, l'interaction des ondes cesse d'obéir aux lois de l'interférence linéaire.

Pour récupérer le condensat, les scientifiques ont utilisé un piège optique périodique formé par l'intersection de deux faisceaux laser. Un faisceau d'électrons focalisé appliqué à la cellule centrale du réseau fait sortir les atomes de cette cellule. Les atomes des cellules voisines vont à la cellule centrale, s'efforçant de rattraper la fuite. Par conséquent, deux flux de matière superfluide dirigés vers le centre se forment dans le condensat. Une fois que les flux se rencontrent dans la cellule centrale, ils sont parfaitement absorbés, sans réflexion.

"Les lois qui décrivent la propagation des ondes dans divers milieux sont universelles. Par conséquent, notre idée peut être adaptée pour implémenter un anti-laser dans d'autres systèmes non linéaires. Par exemple, dans des guides d'ondes optiques non linéaires ou dans des condensats de quasiparticules, comme les polaritons et les excitons. Ce concept peut également être utilisé lorsque vous travaillez avec des ondes acoustiques non linéaires. Par exemple, vous pouvez construire un appareil qui absorbera les sons d'une certaine fréquence. Bien que de tels dispositifs ne soient peut-être pas fabriqués bientôt, nous avons montré qu'ils sont possibles, " note le chercheur Dmitry Zezyulin, membre du Laboratoire international de photoprocédés dans les systèmes mésoscopiques de l'Université ITMO.

Les scientifiques prévoient actuellement de passer aux systèmes optiques non linéaires, dans lequel les atomes sont remplacés par des photons. "Photons, contrairement aux atomes, sont difficiles à conserver longtemps dans le système. Cependant, Dans ce projet, mes collègues ont réussi à faire en sorte qu'un système atomique non linéaire se comporte comme s'il était constitué de photons. À la fois, ils ont réussi à mettre en œuvre une absorption idéale dans de telles conditions. Cela signifie que ces processus sont également possibles dans les systèmes photoniques non linéaires, " dit Ivan Iorsh, directeur du Laboratoire international de photoprocédés dans les systèmes mésoscopiques de l'Université ITMO.