FestivalNauki.ru
En Ru
cентябрь-ноябрь
176 городов
September – October
176 cities
12-14 октября 2018
МГУ | Экспоцентр | 90+ площадок
14–16 октября 2016
Центральная региональная площадка
28–30 октября 2016
ИРНИТУ, Сибэскпоцентр
14–15 октября 2016
Центральная региональная площадка
23 сентября - 8 октября 2017
«ДонЭкспоцентр», ДГТУ
ноябрь-декабрь 2018
МВДЦ «Сибирь»,
Вузы и научные площадки города
6-8 октября 2017
Самарский университет
27-29 октября
Кампус ДВФУ, ВГУЭС
30 сентября - 1 октября
Ледовый каток «Родные города»
21-22 сентября 2018 года
ВКК "Белэкспоцентр"
9-10 ноября 2018 года
Мурманский областной Дворец Культуры

Гребёнки, GPS и шепчущие галереи

Мы не задумываясь пользуемся GPS-приемниками, читаем в интернете про достижения фундаментальной физики и астрофизики. Но далеко не всем известно, что многие из изобретений и открытий в этих областях невозможны без ряда точнейших измерений и устранения даже самых небольших помех. Так, например, GPS это не только спутники и электроника, это, между прочим, и атомные часы, отстающие на секунду в миллионы лет. И чем такое отставание меньше, тем с большей точностью определяется местоположение объекта на земле.

Среди методов сделать такие часы точнее  применение так называемых оптических гребёнок – излучения, состоящего из очень большого числа отдельных спектральных линий, равноотстоящих друг от друга на фиксированную СВЧ или радиочастоту. Оптические гребёнки также позволяют приподнять точность многих научно-исследовательских методов, в частности прецизионной лазерной спектроскопии1.(все сноски см. внизу статьи)

Весьма перспективными в этом смысле считаются так называемые керровские2 гребёнки.

«Классические гребёнки генерируют с помощью громоздких систем, основанных на фемтосекундных лазерах, а здесь идея состоит в том, чтобы делать это в очень компактном микрорезонаторе с модами шепчущей галереи»3, – говорит профессор кафедры физики колебаний физического факультета МГУ Михаил Городецкий, который работает над проблемой шумов в керровских гребёнках. Интересно, что оптические микрорезонаторы шепчущей галереи были впервые предложены на физическом факультете МГУ в 1989 году.

Вот так выгляди гребенка ("радуга" на заднем плане) полученная классическим методом с помощью фемтосекундных лазеров. Фото из лаборатории Нобелевского лауреата Т. Хэнша. На самом деле эта радуга не сплошная как может показаться. Просто она состоит из множества близких друг к другу отдельных "кусочков" излучения, спектральных линий (см схему ниже)

Эта гребенка представлена совсем схематично (по оси X частота света, по оси Y - его интенсивность), линий конечно должно быть больше и они гуще. Но представление  о себе даёт.

Если бы керровские гребёнки можно было использовать в телекоммуникациях, калибровке спектрометров астрофизического назначения и прочих высокотехнологичных приложениях, то точность их работы бы повысилась, а стоимость – упала. Однако пока это невозможно. Проблема в очень сильных помехах (шумах), возникающих в микрорезонаторах4. Шумы, конечно, пытаются устранять, но до недавних пор даже не была понятна их причина. Ее в своей совместной работе смогли выяснить ученые из России, Германии и Швейцарии; не так давно результаты работы опубликованы в авторитетном журнале Nature Photonics (Nature Photonics, 6, 480-487 (212)). «Нам удалось показать, что причина – в нелинейных процессах генерации, а не скажем, в термодинамических шумах. То есть, помехи не вызваны какими-то фундаментальными ограничениями, и с ними можно бороться», – комментирует Городецкий, один из соавторов работы.

Михаилу Городецкому удалось построить теоретическую модель исследуемых керровских гребёнок, с которой в дальнейшем совпали экспериментальные результаты его коллег. Его идея применить в эксперименте волоконный кольцевой резонатор позволила существенно улучшить калибровку системы. А его численная модель далеко продвинула исследование в плане интерпретации экспериментальных результатов и вывела работу на новый уровень. «Удалось предсказать и затем экспериментально подтвердить генерацию солитонов (уединенных локализованных волн. – Прим. авт.) в этой системе, что очень важно для получения фемтосекундных импульсов и стабильных гребёнок», – говорит Городецкий. Описание модели и результаты эксперимента планируется опубликовать в новой статье, направленной уже в Nature. В статье будет представлен способ генерации широких гребнок с низким уровнем шумов, а также еще один экспериментальный результат, связанный с фемтосекундными импульсами, о котором, по словам ученого, «все давно мечтали»5.

1 За работы в этой области Джон Холл и Теодор Хэнш в 2005 году удостоены Нобелевской премии по физике 
2 Получаются в материалах, где проявляется эффект Керра – изменение показателя преломления оптического материала пропорционально второй степени напряженности электрического поля 
3 Шепчущая галерея – помещение, обладающее следующей особенностью: шепот в нем хорошо распространяется вдоль стен, но не слышен в остальной части помещения. Шепот, произнесенный вдоль стены, вернется к вам через некоторое время с противоположной стороны, как будто кто-то произнес его, стоя у вас за спиной. Физическая интерпретация эффекта дана Рэлеем в XIX веке. Аналогичный эффект возможен и для электромагнитных волн при их распространении вдоль изогнутой отражающей поверхности 

Именно в такого типа круглых залах (в данном случае это нечто вроде круглого балкона) обычно можно наблюдать (или лучше сказать, услышать) эффект шепчущей галереи

4 Помехи возникают, если ширина спектра керровской гребёнки от ее самой высокой частоты до самой низкой частоты достаточно велика (именно эти гребёнки наиболее интересны для научных и практических приложений) 
5 До публикации статьи в Nature об этих результатах можно прочитать по ссылке http://arxiv.org/abs/1211.0733

Оригинал статьи опубликован на сайте www.msu.ru

Прикрепленные материалы: 
ФайлФайлРазмер
grebenka.jpgJPG, 2072x1368px, 499.63 КБ
frequency_comb2.jpgJPG, 500x111px, 6.3 КБ
whispering-gallery.jpgJPG, 950x633px, 280.42 КБ

Добавьте свой комментарий

Plain text

  • Переносы строк и абзацы формируются автоматически
  • Разрешённые HTML-теги: <p> <br>
LiveJournal
Регистрация

Новости в фейсбук

Случайные статьи

Ученые исследовали озера и воронки газового выброса Ямала

От 3D-принтеров к 4D

Не проходит удивление от поразительных вещей, которые можно изготавливать с помощью 3D-принтеров. Попробуем оценить разработку инженеров из Массачусетского Технологического Института (МТИ) – четырехмерную (4D) печать.

Генная терапия поможет в лечении инфаркта миокарда


Физики создали магнитное поле, которое помогает прижиться имплантатам

Группа физиков из России при участии швейцарских коллег разработала способ использования терапевтического действия нагрева или охлаждения тканей за счет магнитокалор

В МФТИ научились предсказывать трещины и разломы Земли