Исследователи Московского университета представили инновационный метод, позволяющий с высокой точностью рассчитывать нелинейную восприимчивость атомарных газов при воздействии лазерного излучения. Эта уникальная разработка основывается на квантово-механическом подходе, который отличается непертурбативной природой и не требует предварительных упрощений физической среды. Благодаря своей универсальности и гибкости новый способ расчета способен значительно расширить возможности анализа отклика одиночных атомов и сложных газовых систем на мощные световые импульсы.
Инженеры света: прорыв в вычислениях
Для создания современной теории российские физики предложили особый способ суммирования вклада отдельных атомов, находящихся под воздействием интенсивных лазеров. Такой подход предусматривает, что каждый атом создает свой вектор поляризации, который затем "умно" складывается с аналогичными векторами остальных частиц. В результате формируется точная характеристика электро-оптического поля в выбранном месте исследуемого газа. Этот метод оказался настолько изящным по своей эффективности, что сравним со школьной олимпиадной задачей, как отметил Кирилл Львов, ассистент кафедры оптики, спектроскопии и физики наносистем физического факультета Московского университета.
Преимущества квантово-механического подхода
Особенность и новизна предложенного аналитического метода заключаются в возможности вычислять нелинейные отклики газа любых порядков — второго, третьего, четвертого, пятого и даже более высоких. Полученные формулы дают исследователям удобный инструмент анализа сложных оптических явлений. Немаловажно, что новый способ учета нелинейностей существенно превосходит традиционные феноменологические методы, где значения тензоров восприимчивости обычно выводятся сравнением с экспериментом либо путем использования простейших моделей с приближенными параметрами вещества.
Шаг к новым оптическим технологиям
Разработки ученых создают прочную научную базу для исследования явлений, возникающих при просвечивании газа мощным лазерным светом. В такую категорию попадает широкий спектр современных эффектов, включая генерацию новых гармоник, формирование непрерывных спектров (суперконтинуума) и филаментацию света в веществе. Успешное математическое описание этих процессов становится возможным благодаря глубокому знанию тензоров нелинейной восприимчивости среды, предоставляемому новой теорией.
Профессор Сергей Стремоухов, один из руководителей работы, отмечает, что сравнивая нелинейные отклики различных порядков удается определять оптимальную область интенсивностей для лазерного воздействия. Это позволяет точно определять ситуацию, когда стандартное разложение по степеням поля становится неприменимым. Кроме того, открытия российской команды исследователей открывают дорогу к созданию методик для анализа многокомпонентных сред с выраженными нелинейными свойствами, а также к эффективной генерации когерентного излучения в различных спектральных диапазонах.
Новые возможности для науки и техники
Научный проект реализован при финансовой поддержке Российского научного фонда и направлен на практическое применение открытий в области фотоники, спектроскопии, квантовой связи и разработки лазерных устройств нового поколения. Являясь значимым вкладом в фундаментальную физику, работа исследователей Московского университета не только углубляет понимание квантовых взаимодействий света и материи на микроуровне, но и открывает горизонты для технологических инноваций завтрашнего дня.
Современные оптические технологии требуют точного контроля над поведением света в различных веществах. Благодаря новому методу расчета, который предложили Кирилл Львов и Сергей Стремоухов в коллаборации с коллегами, появляется реальная возможность создавать гибкие и эффективные системы для генерации и управления оптическими сигналами любой сложности.
Источник фото: ru.123rf.com
Источник: scientificrussia.ru
