Εξερευνώντας το υπερχάος των λέιζερ μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας


Εφέ πεταλούδας: Υπερχάος λέιζερ μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας

α, Χρονικές σειρές του λέιζερ για διάφορες αναλογίες ανάδρασης. β, Ανάλυση πορτρέτων φάσης. γ, Το διάγραμμα διακλάδωσης δείχνει τη διαδρομή προς το χάος μέσω περιοδικών ταλαντώσεων. Πιστώσεις: Yu Deng, Zhuo-Fei Fan, Bin-Bin Zhao, Xing-Guang Wang, Shiyuan Zhao, Jiagui Wu, Frédéric Grillot και Cheng Wang

Το χάος, που συχνά διαδόθηκε ως το «φαινόμενο της πεταλούδας», περιγράφει το ακανόνιστο φαινόμενο των ντετερμινιστικών συστημάτων. Με βάση τα μοναδικά χαρακτηριστικά της ευαισθησίας στις αρχικές συνθήκες και της απρόβλεπτης εξέλιξης των μελλοντικών εξελίξεων, το χάος από τις διόδους λέιζερ έχει βρει εφαρμογές σε ιδιωτικές οπτικές ζεύξεις επικοινωνίας, γενιές τυχαίων αριθμών υψηλής ταχύτητας, συστήματα Lidar και οπτικά δίκτυα υπολογιστών. Ωστόσο, οι περισσότερες χαοτικές πηγές φωτός λειτουργούν στο εγγύς υπέρυθρο εύρος, και ως εκ τούτου οι εφαρμογές περιορίζονται και σε αυτό το φασματικό εύρος.


Μια κινεζική ομάδα επιστημόνων, με επικεφαλής τον καθηγητή Cheng Wang από το ShanghaiTech University της Κίνας ανέφερε πρόσφατα μια πηγή υπερχάους μεσαίας ακτινοβολίας στην Φως: Επιστήμη & Εφαρμογές. ο Η παραγωγή βασίζεται σε διαζωνικά λέιζερ καταρράκτη, έναν σημαντικό τύπο πηγής λέιζερ στο καθεστώς μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας. Τα λέιζερ χωρίς καμία εξωτερική διαταραχή παράγουν συνήθως έξοδο συνεχών κυμάτων. Προκειμένου να ενεργοποιηθεί η παραγωγή χάους, η ομάδα εφάρμοσε μια εξωτερική διαταραχή γνωστή ως «οπτική ανάδραση» στα λέιζερ. Η οπτική ανάδραση είναι μια τεχνική όπου η έξοδος λέιζερ ανακλάται πίσω στην κοιλότητα του λέιζερ μέσω ενός καθρέφτη ανάκλασης. Το καθυστερημένο φως αλληλεπιδρά μη γραμμικά με το συσκευή και δημιουργεί χάος υπό ορισμένες συνθήκες λειτουργίας.

Στη δεκαετία του 1980, το χάος μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας δημιουργήθηκε από λέιζερ αερίου, συμπεριλαμβανομένου του CO2 λέιζερ και λέιζερ He-Xe. Ωστόσο, τα λέιζερ αερίου είναι μάλλον ογκώδη και το εύρος ζώνης του χάους περιορίζεται στην περιοχή των megahertz. Αντίθετα, το χάος στα διαζωνικά λέιζερ καταρράκτη, που εξερευνήθηκε από την κινεζική ομάδα, φτάνει στην κάλυψη συχνοτήτων της περιοχής των gigahertz. Αυτό το ευρυζωνικό χάος είναι επιθυμητό για επεξεργασία και μετάδοση πληροφοριών υψηλής ταχύτητας. Συγκεκριμένα, η ανάλυσή τους απέδειξε ότι το χάος παρήγαγε αρκετούς θετικούς εκθέτες Lyapunov και όχι μόνο έναν.

Αυτό υποδηλώνει ότι το χάος που δημιουργείται είναι, στην πραγματικότητα, «υπερχάος» πολυπλοκότητας υψηλών διαστάσεων. Αυτή η πολυπλοκότητα υψηλής τάξης αποτελεί ουσιαστική απαίτηση για την εφαρμογή ασφαλών επικοινωνιών στην πράξη. Επιπλέον, η ομάδα επεσήμανε ότι τα διαζωνικά λέιζερ καταρράκτη με οπτική ανάδραση θα μπορούσαν να προκαλέσουν υπερχάος μέσα σε ευρείς χώρους ελέγχου παραμέτρων, συμπεριλαμβανομένης της τρέχουσας κατάστασης μεροληψίας, της κατάστασης ανάδρασης και της κατάστασης λέιζινγκ μονής ή πολλαπλής λειτουργίας. «Το ευρυζωνικό υπερχάος μεσαίας ακτινοβολίας μπορεί να επιτρέψει εφαρμογές σε ασφαλείς συνδέσεις επικοινωνίας ελεύθερου χώρου και απομακρυσμένα χαοτικά συστήματα Lidar», προβλέπουν οι επιστήμονες, «αυτό συμβαίνει επειδή η ατμόσφαιρα έχει παράθυρα μετάδοσης χαμηλών απωλειών (3 έως 5 μm και 8 έως 12 μm ) στο καθεστώς μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας.”


Οι ερευνητές προτείνουν τη χρήση κβαντικών λέιζερ καταρράκτη για την επίτευξη ιδιωτικών επικοινωνιών ελεύθερου χώρου


Περισσότερες πληροφορίες:
Yu Deng et al, Mid-infrared hyperchaos of interband cascade laser, Φως: Επιστήμη & Εφαρμογές (2022). DOI: 10.1038/s41377-021-00697-1

Παραπομπή: Exploring the hyperchaos of mid-infrared lasers (2022, 4 Ιανουαρίου) ανακτήθηκε στις 5 Ιανουαρίου 2022 από https://phys.org/news/2022-01-exploring-hyperchaos-mid-infrared-lasers.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από κάθε δίκαιη συναλλαγή για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς τη γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.



Source link

By koutsobolis

koutsobolis.com

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *