Как приручить волну-убийцу лазером экспресс
В океане иногда возникает огромная одиночная волна, которая вырастает из ниоткуда и исчезает. Такие волны-убийцы редки, но опасны. Похожие редкие и сильные всплески бывают и в других системах — от финансовых рынков до лазеров. Проблема в том, что их трудно предсказать и тем более вызвать по заказу.
В новой работе физики взяли полупроводниковый лазер — крошечный источник света, который стоит в DVD-плеерах и оптоволоконных линиях. Внутри лазера свет колеблется в двух направлениях, как две струны, которые могут звучать по отдельности или вместе. Учёные поставили снаружи лазера зеркало, а между лазером и зеркалом — небольшую пластинку, которая поворачивает направление колебаний света. Поворачивая эту пластинку, они заставили две «струны» обмениваться энергией так, что одна из них время от времени выстреливала очень ярким импульсом. Это и есть волна-убийца в миниатюре.
Поворачивая пластинку на разные углы, можно менять, как часто появляются такие всплески, насколько они высоки и собираются ли они в группы. Это первый случай, когда волны-убийцы в лазере удалось не просто наблюдать, а точно настраивать, как громкость и тембр в радиоприёмнике.
Такой управляемый лазер может стать инструментом для изучения редких катастрофических событий в других системах — от гигантских волн в море до резких скачков в электрических сетях. А для оптических технологий это шаг к созданию лазеров, которые по команде выдают сверхкороткие и мощные импульсы света.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2602.02968
Extreme events, or rogue waves, are high-amplitude, rare occurrences that emerge across diverse physical systems and often defy conventional statistical predictions. While optical systems provide a controlled setting for studying these phenomena, achieving deterministic control over their generation remains challenging. Here, we demonstrate a novel approach to induce and precisely modulate extreme events in a semiconductor VCSEL using polarization-controlled optical feedback. By integrating a $$\lambda$$/2-waveplate into a polarization-selective external cavity, we regulate the nonlinear interaction between TE and TM modes. This setup triggers high-intensity, heavy-tailed fluctuations in the TM mode, exhibiting clear signatures of extreme events. We show that these events arise from deterministic energy exchange between modes, as evidenced by strong bipolar correlations and long-range temporal memory. The waveplate angle serves as an effective external parameter, enabling non-monotonic tuning of the event rate, intensity, and temporal clustering. Our study establish a platform for exploring extreme events in dissipative systems, with implications for nonlinear photonics and optical technologies.
Волны-убийцы в океане достигают высоты 20–30 метров — как девятиэтажный дом, и возникают даже в спокойном море.
В романе «Волна» Тода Штрассера гигантская волна смывает целый город — учёные до сих пор спорят, можно ли такое предсказать.