Desde a realização da primeira cavidade do laser, inúmeras perguntas foram feitas, para as quais a luz do laser forneceu a resposta. Inúmeras perguntas também foram feitas em um esforço para melhorar nossa capacidade de produzir lasers com várias especificações de desempenho e comprimentos de onda. Uma pergunta que não foi feita até recentemente é - o que acontece se você direcionar um feixe de laser através de outra cavidade de laser? Pode não parecer uma pergunta prática para fazer experimentalmente, mas depois de estudar como a luz incidente externa interage com uma cavidade de laser ativa em detalhes quantitativos, a resposta acaba sendo oferecer dispositivos com novos, capacidades ópticas aparentemente paradoxais.

Agora, um exame ainda mais detalhado desses recursos forneceu uma janela única para a física fundamental e os comportamentos ópticos. A colaboração pesquisando essas interações da cavidade do laser, da Faculdade de Óptica e Fotônica da Universidade da Flórida Central (CREOL) e da Universidade de Yale, desenvolveu um espelho unidirecional perfeitamente refletivo, oferecendo janelas de observação verdadeiramente ocultas; algo que os materiais passivos podem apenas aproximar.

Sondando mais profundamente o mecanismo desse comportamento paradoxal, eles também revelaram aspectos fundamentais do que governa as respostas ópticas e uma visão direta do papel da causalidade. Ayman Abouraddy, CREOL da University of Central Florida - grupo de dispositivos de fibra ótica multimaterial, apresentará as descobertas de seu grupo na Frontiers in Optics + Laser Science APS / DLS (FIO + LS), realizada de 17 a 21 de setembro de 2017 em Washington, DC.

"Uma cavidade é um dos componentes fundamentais que temos na óptica - são basicamente dois espelhos um diante do outro, "Abouraddy disse." Nós estivemos olhando o que aconteceria se eu enviasse um feixe de luz através de uma cavidade com ganho interno conforme eu aumentasse gradualmente a quantidade de ganho. Estamos estudando o que acontece com a luz enviada através de uma cavidade se a cavidade estiver ativa. "

Ao alterar a quantidade de ganho, a resposta óptica da cavidade a um laser incidente separado (de um comprimento de onda diferente) também muda. Este componente ativo altera de forma mensurável a reflexão e a transmissão, dependendo do nível de ganho ativo da cavidade.

"À medida que aumentamos a quantidade de ganho, a cavidade cederá por conta própria. Para nossa pesquisa hoje, estamos mais interessados ​​no que acontece com um sinal que estou enviando através dessa cavidade, "Abouraddy disse.

Quando a cavidade começa a ceder, Contudo, uma mudança fascinante e importante no comportamento aparece. Nesse ponto, tanto a reflexão quanto a amplificação da transmissão estão no topo, embora a potência do sinal de teste permaneça linearmente relacionada à saída. Isso também demonstra que o efeito não está próximo da saturação.

"A cavidade não tem permissão para amplificar além de um certo limite depois que você atinge o laser, "disse Abouraddy. Este efeito, conhecido como grampo de ganho, é parte integrante do funcionamento estável do laser. A resposta semelhante à luz incidente externa, Contudo, que se empresta a um espelho perfeito verdadeiramente transparente, não é apenas uma novidade, mas oferece uma nova visão da física fundamental.

A demonstração experimental da equipe usou uma cavidade de fibra óptica na qual separaram a luz que viaja para frente e para trás. Quando eles investigaram de perto a dinâmica do fluxo de energia direcional na cavidade à medida que o ganho foi aumentado, o que eles descobriram está relacionado aos princípios físicos fundamentais.

Abouraddy explica que com ganho suficiente, como a luz faz viagens na cavidade em ambas as direções, um nulo no fluxo de energia onde as duas direções se cancelam gradualmente se arrasta mais fundo na cavidade. O comportamento deste nulo liga o limiar fundamental de um laser a uma demonstração direta dos limites da causalidade.

"No limite do laser, esse nulo atinge o meio da cavidade. Acontece que aumentando ainda mais o ganho, que null se recusa a seguir em frente, e é fixado no meio da cavidade, "disse ele." É por isso que quando aumentamos o ganho, não vemos mais amplificação. Agora, a beleza de tudo isso é que ele está conectado à causalidade. Se esse nulo se mover mais além do meio da cavidade, o que seria uma violação da causalidade. Nesse caso, alguém obteria uma saída antes de você enviar uma entrada. "