Według Andrei Alù, profesor fizyki w CUNY Graduate Center i głównej autorki najnowszego artykułu naukowego, emisję światła można najlepiej porównać do uderzenia w białą bilę na stole bilardowym. Drobne, niemal niezauważalne różnice podczas uderzenia niosą za sobą większe konsekwencje. Nigdy nie da się dokładnie odtworzyć takiego samego rozbicia. Dokładnie tak samo jest w przypadku emisji promieni świetlnych. Modelowanie konsekwencji emisji światła jest niezwykle trudne. Nawet starając się przeprowadzić eksperyment ze światłem dokładnie w ten sam sposób i przy tych samych parametrach wejsciowych, za każdym razem prowadzi to do nieco innych skutków.
W swoim artykule opublikowanym w periodyku Nature Physics zespół badaczy pracujący pod kierownictwem Alù opisał zupełnie nową platformę, której zadaniem jest kontrolowanie chaotycznego zachowania światła za pomocą… samego światła.
Dotychczas wszelakie platformy służące do badania światła wykorzystują okrągłe komory rezonansowe, w których światło odbija się i rozprasza w możliwie najbardziej przewidywalny sposób. W okrągłej komorze mogą przetrwać jedynie określone i wyraźne częstotliwości, a każda z tych częstotliwości związana jest z określonym wzorem przestrzennym.
Czytaj także: Wygięli wiązkę lasera w wyjątkowy sposób. Aż trudno uwierzyć, że to zadziałało
Ruch światła o jednej częstotliwości wystarczy w zupełności do zrozumienia interakcji fizycznych zachodzących w okrągłej komorze. Wciąż jednak nie da się w ten sposób opisać pełnej złożoności zachowań światła obserwowanej w bardziej skomplikowanych platformach.
W komorze, która prowokuje chaotyczne zachowanie światła, wprowadzenie dowolnej pojedynczej częstotliwości światła wzbudza powstawanie tysięcy nowych wzorów świetlnych. Dotychczas przyjmowało się, że takie zdarzenie niweczy wszelkie szanse na kontrolowanie odpowiedzi optycznej. Teraz jednak naukowcy przekonują, że wciąż są w stanie w takiej sytuacji kontrolować zachowanie światła.
W tym celu badacze zaprojektowali specjalną komorę, która kształtem przypomina stadion. Po przeciwnych stronach komory znajdują się dwa kanały, które kierują światło do komory. Gdy wpadające do niej światło ulega rozpraszaniu i odbiciu na ścianach komory, specjalna kamera rejestruje ilość i co ważne rozkład przestrzenny światła uciekającego z komory. Urządzenie wyposażono w pokrętła pozwalające zmieniać natężenie światła emitowanego na wejściu i regulować opóźnienie między oboma źródłami. Z uwagi na to, że oba źródła światła znajdują się po przeciwnych stronach, emitowane przez nie wiązki światła interferują ze sobą w komorze, dzięki czemu możliwe staje się kontrolowanie rozpraszania jednej wiązki za pomocą drugiej. Tutaj właśnie mamy do czynienia z kontrolowaniem światła za pomocą światła. Co ciekawe, regulując intensywność i względne opóźnienie obu wiązek, można w sposób kontrolowany regulować wzór promieniowania powstający w komorze.
Czytaj także: O tym wcześniej nie myśleliśmy. Sztuczne światło sprzyja cukrzycy
W jaki sposób kontroluje się światło światłem? Fizycy wykorzystali tutaj rzadko występujące zachowanie światła w komorach rezonacyjnych, tzw. trybu rozpraszania bez odbić (RSM, ang. reflectionless scattering mode), które dotychczas było przewidywane jedynie teoretycznie. Badacze przekonują, że możliwość manipulowania światłem za pomocą RSM pozwala na w pełni kontrolowane i wydajne wzbudzanie złożonych systemów optycznych, w tym na magazynowanie energii, przetwarzanie danych i przetwarzanie sygnałów.
W toku badań naukowcy odkryli, że na pewnych częstotliwościach cały system jest w stanie wspierać dwa niezależne, nakładające się na siebie moduły RSM, dzięki czemu całe światło wchodzące do komory bez jakichkolwiek odbić dociera do odpowiednich kanałów, przez co można je bez problemu kontrolować. Zważając na fakt, że cały eksperyment przeprowadzono na sygnałach optycznych w paśmie wykorzystywanym w światłowodach, może się okazać, że odkrycie to otwiera nową drogę do przechowywania, kierowania i kontroli sygnałów świetlnych w licznych, złożonych platformach optycznych.