Depuis la réalisation de la première cavité laser, d'innombrables questions ont été posées pour lesquelles la lumière laser a fourni la réponse. De nombreuses questions ont également été posées dans le but d'améliorer nos capacités à produire des lasers avec diverses spécifications de performances et longueurs d'onde. Une question qui n'a été posée que récemment est la suivante :que se passe-t-il si vous projetez un faisceau laser à travers une autre cavité laser ? Cela peut ne pas sembler une question pratique à poser expérimentalement, mais après avoir étudié comment la lumière incidente extérieurement interagit avec une cavité laser active en détail quantitatif, la réponse s'avère offrir des appareils avec de nouveaux, capacités optiques apparemment paradoxales.

Maintenant, un examen encore plus approfondi de ces capacités a fourni une fenêtre unique sur la physique fondamentale et les comportements optiques. La collaboration sur la recherche de ces interactions laser-cavité, du Collège d'optique et de photonique de l'Université de Floride centrale (CREOL) et de l'Université de Yale, développé un miroir sans tain parfaitement réfléchissant, offrant des fenêtres d'observation vraiment cachées; quelque chose que les matériaux passifs ne peuvent qu'approcher.

En approfondissant le mécanisme de ce comportement paradoxal, elles ont aussi maintenant révélé des aspects fondamentaux de ce qui régit les réponses optiques et une vision directe du rôle de la causalité. Ayman Abouraddy, CREOL - Groupe de dispositifs à fibres optiques multi-matériaux de l'Université de Floride centrale, présentera les découvertes de leur groupe à Frontiers in Optics + Laser Science APS/DLS (FIO + LS), du 17 au 21 septembre 2017 à Washington, DC.

"Une cavité est l'un des composants fondamentaux que nous avons en optique - il s'agit essentiellement de deux miroirs l'un en face de l'autre, " a déclaré Abouraddy. "Nous avons examiné ce qui se passerait si j'envoyais un faisceau de lumière à travers une telle cavité avec du gain à l'intérieur alors que j'augmente progressivement la quantité de gain. Nous étudions ce qu'il advient de la lumière qui est envoyée à travers une cavité si celle-ci est active."

En changeant le montant du gain, la réponse optique de la cavité à un laser incident séparé (d'une longueur d'onde différente) change également. Ce composant actif modifie de manière mesurable la réflexion et la transmission, en fonction du niveau de gain actif de la cavité.

« Au fur et à mesure que nous augmentons le montant du gain, la cavité s'éclairera d'elle-même. Pour nos recherches d'aujourd'hui, nous sommes plus intéressés par ce qui arrive à un signal que j'envoie à travers cette cavité, " a déclaré Abouraddy.

Lorsque la cavité commence à laser, cependant, un changement de comportement fascinant et important apparaît. À ce moment, à la fois la réflexion et l'amplification de la transmission, bien que la puissance du signal de sondage reste linéairement liée à la sortie. Cela démontre également que l'effet n'est pas proche de la saturation.

"La cavité n'est pas autorisée à s'amplifier au-delà d'une certaine limite après avoir frappé le laser, " dit Abouraddy. Cet effet, connu sous le nom de serrage de gain, est partiel pour un fonctionnement stable du laser. La réponse similaire à la lumière incidente extérieurement, cependant, qui donne un miroir parfait vraiment transparent, n'est pas seulement nouveau, mais offre un nouvel aperçu de la physique fondamentale.

La démonstration expérimentale de l'équipe a utilisé une cavité à fibre optique dans laquelle ils ont séparé la lumière se déplaçant vers l'avant et vers l'arrière. Lorsqu'ils ont étudié de près la dynamique du flux d'énergie directionnel dans la cavité à mesure que ce gain augmentait, ce qu'ils ont trouvé concernait les principes physiques fondamentaux.

Abouraddy explique qu'à gain suffisant, comme la lumière fait des voyages dans la cavité dans les deux sens, un zéro dans le flux d'énergie où les deux directions s'annulent s'insinue progressivement plus profondément dans la cavité. Le comportement de ce nul relie le seuil fondamental d'un laser à une démonstration directe des limites de la causalité.

« Au seuil lasing, ce nul atteint le milieu de la cavité. Il s'avère que le gain augmente encore, que nul refuse d'avancer, et il est épinglé au milieu de la cavité, " dit-il. " C'est pourquoi quand on augmente le gain, nous ne voyons pas d'amplification supplémentaire. Maintenant, la beauté de tout cela est qu'il s'avère qu'il est lié à la causalité. Si ce nul devait se déplacer plus loin au-delà du milieu de la cavité, ce qui serait une violation de la causalité. Dans ce cas, on en obtiendrait une sortie avant que vous n'envoyiez une entrée."