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時間如同無法預知的蝴蝶效應

圖文 更新时间:2024-09-30 01:12:55

在幾乎所有的情況下,即使在真空中,光也不可能無休止地傳播而不消散。被稱為孤子的光脈沖沿着光纖長距離傳播,不會改變其形狀或失去焦點,這種光脈沖在數據傳輸中得到了應用,但即使是這些光脈沖也會逐漸消散,除非它們所經過的介質具有超低吸光度。俄羅斯聖彼得堡國立信息技術、機械和光學研究大學(ITMO)的Nikolay Rosanov和團隊自20世紀80年代以來一直緻力于解決這個問題——激光孤子。

時間如同無法預知的蝴蝶效應(光不可能永無休止地傳播而不消散)1

一篇綜述在這一領域研究的學術論文現已發表在《歐洲物理D》期刊上。Rosanov和團隊從計算機模拟開始研究工作,這表明如果在大口徑激光中被外部輻射穩定的話,理論上是有可能産生穩定的孤子。這一預測很快在實驗中得到了證實,自那以後,該小組一直在研究這些所謂的耗散孤子。現在研究人員從理論上證明,不使用相幹和穩定的外部輻射,就可以創造出這樣的孤子。

時間如同無法預知的蝴蝶效應(光不可能永無休止地傳播而不消散)2

利用高性能超級計算機上的并行編程,首先模拟了一個一維的光脈沖(一維孤子)。然後将技術擴展到二維和三維的孤子模型,這些三維孤子具有複雜的内部結構和獨特的拓撲結構;它們被賦予了描述性的名字,如“蘋果”、“三葉草”和“所羅門結”,而且它們已經被證明可以合并。在理論付諸實踐之前,還有很多問題需要Rosanov和同事來回答。

時間如同無法預知的蝴蝶效應(光不可能永無休止地傳播而不消散)3

然而,這些孤子及其拓撲結構的穩定性表明,它們在存儲數字信息方面具有潛在的應用前景。總有一天,可以用激光孤子陣列取代今天的硬盤,這絕不是不可能的。飽和吸收激光中耗散孤子,從幾何一維(1D)到二維(2D)再到三維(3D),随着方案幾何維數的增加,激光局域結構特征(包括拓撲特征)随着特征的豐富而演化。

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