Uutiset ja tapahtumat - Tampereen teknillinen yliopisto

Aikalinssi paljastaa roistoaaltojen synnyn syyt

TTY:n fotoniikan laboratorion tutkijat ovat olleet mukana käyttämässä uutta, aikalinssinä tunnettua kokeellista mittaustekniikkaa, joka mahdollistaa ultranopeiden tapahtumien havainnoinnin ja todistaa aiempia teorioita tosiksi.
Aikalinssi paljastaa epävakaan optisen kentän kaoottisen rakenteen, jota perinteiset tutkimusmetodit ovat liian hitaita havaitsemaan.
Aikalinssi paljastaa epävakaan optisen kentän kaoottisen rakenteen, jota perinteiset tutkimusmetodit ovat liian hitaita havaitsemaan.

Tampereen teknillisen yliopiston fotoniikan laboratorion tutkijat yhteistyössä ranskalaisten, irlantilaisten ja kanadalaisten kollegojen kanssa ovat käyttäneet uutta mittaustekniikkaa, jonka avulla voidaan tarkastella ultranopeiden valopulssien syntyä spontaanisti optisessa kuidussa etenevässä jatkuvatoimisessa laservalossa. Nämä kokeet vahvistavat useita kymmeniä vuosia sitten tehtyjä teoreettisia ennustuksia todeksi. Kokeen tulokset saattavat myös antaa lisävaloa siihen, miten roistoaaltoina tunnetut valtameren hyökyaallot ja muut äärimmäiset luonnonilmiöt syntyvät. Tutkimus julkaistiin Nature Communications -lehdessä viime joulukuussa.

Kaaos ja epävakaus ovat tyypillisiä luonnon herkille järjestelmille, joissa vain pieni muutos olosuhteissa voi aiheuttaa dramaattisia seurauksia. Tutkijat ovat usein hyödyntäneet valoa ja optisia teknologioita tutkiakseen luonnon kaaosta kontrolloiduissa laboratorio-olosuhteissa. Näitä kokeita on kuitenkin rajoittanut se, että kaoottinen käyttäytyminen tapahtuu usein äärimmäisen nopeasti, sekunnin miljoonasosan miljoonasosissa, joita tyypilliset mittalaitteet eivät pysty havainnoimaan.

Kuten Nature Communications -lehdessä julkaistussa artikkelissa raportoidaan, professori Goëry Gentyn johtama tutkimusryhmä yhdessä ranskalaisten, irlantilaisten ja kanadalaisten tutkimusyhteistyökumppaniensa kanssa on tuoreissa kokeissaan onnistunut ylittämään tämän rajoitteen. Tutkimusryhmä on käyttänyt uutta, aikalinssinä tunnettua kokeellista tekniikkaa, jonka avulla vain pikosekunnin kestävät kaoottiset pulssit voidaan venyttää yli 100 kertaa pidempikestoisiksi. Näin myös tavanomaiset mittalaitteet pystyvät havaitsemaan ja mittaamaan niitä.

Artikkelin käsittelemässä kokeessa tutkittiin aalloille ominaista epävakautta modulaatiolle eli pienille heilahteluille (engl. modulation instability). Tämä ilmiö vastaa optista perhosvaikutusta, joka voimistaa laserissa esiintyviä mikroskooppisia häiriöitä yli 1000 kertaa voimakkaammiksi jättimäisiksi valopulsseiksi. Kokeen tulokset ovat vahvistaneet useita teoreettisia päätelmiä, joita on esitetty jo 1980-luvulta asti. Tulokset antavat myös lisätietoa modulaation epävakaudesta, jota pidetään muun muassa yhtenä mahdollisena tekijänä valtamerten jättimäisten roistoaaltojen synnyssä.

– Nämä kokeet ovat merkittäviä, sillä ne ovat lisänneet ymmärrystä modulaation epävakauden ja muiden äärimmäisten ilmiöiden suhteen sekä avanneet uusia keinoja vain ultranopeuksilla havaittavan kaoottisen dynamiikan tutkimiseen reaaliajassa, professori Goëry Genty sanoo.

Lue tarkempi kuvaus kokeesta Nature Communications -verkkoartikkelista.

Uutisen jättäjä: Riku Haapaniemi
Asiasanat: opiskelu ja opetus, tiede ja tutkimus