Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Washington en St. Louis han descubierto una ruta novedosa para codificar el caos en la luz en un sistema de microrresonador optomecánico.
Un sistema de microrresonador optomecánico combina la óptica y la mecánica en un área muy pequeña para estudiar la naturaleza y las actividades de la luz afectadas por el movimiento mecánico del sistema.
Como en el famoso poema de Robert Frost, el camino al caos se separa de un mundo de ruido y se bifurca en una rama llamada ruta de bifurcación. Los rayos de luz tomaron la bifurcación en el camino, ambos siguiendo los mismos caminos hacia el caos.el ajuste Frost, tan silencioso que uno puede escuchar la nieve caer, el microrresonador optomecánico usó el ruido dentro de sí mismo para aumentar las señales de luz para que puedan ser detectadas.
Este uso de lo que se llama resonancia estocástica aleatoria, una respuesta de un sistema a pulsos o señales periódicas con la ayuda de energía generalmente no deseada llamada ruido, es la primera indicación reportada del fenómeno en un sistema optomecánico.
Caos, o sensibilidad a las condiciones iniciales, que, en teoría, pueden tener efectos importantes en sistemas complejos, y el ruido en la naturaleza ocurren de la misma manera que surgen cosas malas en la vida: a menudo al azar, de la nada y con pocosherramientas para controlarlo. Por lo tanto, no es sorprendente que la mayoría de los investigadores miren con recelo al dúo.
Sin embargo, Lan Yang de la Escuela de Ingeniería, el Profesor Edwin H. & Florence G. Skinner de Ingeniería Eléctrica y de Sistemas, y? Ahin K. Özdemir, profesor asociado de investigación en Ingeniería Eléctrica y de Sistemas, junto con colaboradores en China y Japón,han demostrado que en realidad pueden codificar el caos con una señal de luz débil y lo hicieron con la ayuda de radiación óptica y oscilación mecánica o vibración.
Sus hallazgos, publicados en Fotónica de la naturaleza El 9 de mayo podría tener implicaciones para las comunicaciones ópticas seguras, donde la información se codifica en paquetes de luz individuales, o fotones, que se envían al espacio oa través de fibras ópticas y para detección de alto rendimiento.
Yang y Özdemir manipulan y median la luz en un microrresonador de última generación llamado resonador en modo galería susurrante WGMR porque funciona de manera similar a la famosa galería susurrante en la Catedral de St. Paul de Londres, donde una persona en un ladode la cúpula pueden escuchar un mensaje hablado en la pared por otra persona del otro lado. Su dispositivo hace lo mismo, con frecuencias de luz en lugar de audibles.
Faraz Monifi, entonces estudiante de doctorado en el laboratorio de Yang, y Jing Zhang, investigador visitante de la Universidad de Tsinghua en China, usaron dos láseres: un control de 1,5 micrómetros de longitud de onda, llamado bomba; y una sonda de 980 milímetros en el WSMR, en sí solo 60 micrones.
La bomba impulsa la operación y es muy potente, compuesta por millones de fotones; la sonda es muy débil y languidecería en el sistema sin la bomba para forzar la acción. La bomba, que se usa continuamente, crea movimiento mecánico vibraciónen las paredes del resonador los cambios en el impulso de los fotones de la bomba desencadenan la fuerza de radiación en el WGMR, que luego genera no linealidad óptica, y debido a que los dos campos de luz están en el mismo medio no lineal del WGMR, las cosas literalmente se calientanlos fotones llevan impulso y su intensidad promueve la radiación en el WGMR, y comienzan a afectarse entre sí. Finalmente, después de ráfagas periódicas, tanto la bomba como la sonda avanzan por un camino de dos vías hacia el caos.
"En este trabajo usamos el modo mecánico de vibración para proporcionar una nueva ruta al caos", dijo Yang. "La oscilación, conocida como vibración mecánica causada por la radiación, media el campo óptico. Acoplamos los dos campos ópticos,que están alejados unos de otros, uno en longitudes de onda cortas, el otro en longitudes de onda largas. Uno pensaría que no tendrían nada que ver entre sí, pero se acoplan y toman los mismos caminos hacia el caos ".
La señal de sonda débil no sería detectada en la salida del sistema optomecánico sin la ayuda de resonancia estocástica, dijo Özdemir.
"Para la resonancia estocástica, se necesitan tres cosas en un sistema", dijo. "Una es la no linealidad, otra es ruido aleatorio y la tercera es una señal de entrada periódica tan débil que apenas se puede observar. De esta manera,puede utilizar el ruido para aumentar la relación señal / ruido del sistema de modo que se puedan detectar incluso señales muy débiles. Sin embargo, existe un nivel óptimo de ruido más allá del cual el rendimiento del sistema comienza a deteriorarse ".
Yang dijo que el caos se ve comúnmente en los sistemas optomecánicos donde hay oscilación mecánica.
"La novedad que traemos con este documento es la ruta hacia la creación del caos", dijo. "Nadie ha usado un rayo para hacer que otro rayo siga el mismo camino hacia el caos en un sistema optomecánico".
"La pregunta que queríamos hacer era: ¿Podemos crear un sistema caótico con un campo de conducción muy débil?", Dijo Özdemir. "No se puede hacer eso con un campo óptico débil en un resonador optomecánico. Pero en lugar de crear caosdirectamente con un campo débil, apuntamos a crear caos en un campo fuerte, la bomba, y transferir ese caos a un campo débil, la sonda. Y lo logramos ".
Yang, Özdemir y sus colaboradores dijeron que la resonancia estocástica observada y su capacidad para generar, transferir y controlar el caos en un resonador optomecánico no solo contribuyen a la comprensión de los fenómenos no lineales y el caos, sino que también tienen el potencial para desarrollar dispositivos fotónicos que explotanla sensibilidad del caos a las condiciones iniciales, para mejorar la detección de señales débiles indetectables en sistemas optomecánicos y para una comunicación segura.
La Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Washington en St. Louis centra los esfuerzos intelectuales a través de un nuevo paradigma de convergencia y se basa en las fortalezas, particularmente en lo que respecta a la medicina y la salud, la energía y el medio ambiente, el espíritu empresarial y la seguridad. Con 88 titulares / titulares-track y 40 profesores de tiempo completo adicionales, 1,300 estudiantes de pregrado, más de 900 estudiantes de posgrado y más de 23,000 exalumnos, estamos trabajando para aprovechar nuestras asociaciones con socios académicos y de la industria, en todas las disciplinas y en todo el mundo, para contribuir aresolviendo los mayores desafíos globales del siglo XXI.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Original escrito por Tony Fitzpatrick. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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