Formazione di strutture in ottica nonlineare e cristalli liquidi

La creazione delle forme e la selezione delle diverse strutture spaziali che si osservano in natura sono fenomeni che hanno luogo nei sistemi fuori dell’equilibrio. Lo studio di questi fenomeni costituisce una tematica interdisciplinare che appare rilevante in molti rami delle scienze naturali, come nei sistemi biologici, in chimica, in fluidodinamica, nei mezzi granulari, nei cristalli liquidi, nei plasmi, in ottica nonlineare.

Nel nostro laboratorio ci occupiamo dello studio della formazione di strutture spaziali in sistemi ottici, dove l’interazione luce-materia e’ il meccanismo fisico alla base dei fenomeni osservati. Gli obiettivi principali di questa linea di ricerca sono sia fondamentali che applicativi. Da un punto di vista fondamentale é importante la comprensione dei meccanismi che sono all’origine della formazione di strutture spaziali. Inoltre, la conoscenza di questi meccanismi è cruciale per la realizzazione di strategie ottimizzate per controllare la dinamica di sistemi complessi. La nostra attività consiste nell'osservazione sperimentale, nell'interpretazione teorica e nel controllo della formazione di strutture spaziali in ottica nonlineare. In particolare, come esperimento base per lo studio di tali fenomeni, usiamo un sistema comprendente una valvola a cristalli liquidi con una retroazione ottica.


Esempi di strutture osservate: strutture localizzate, stato caotico, fronte tra uno stato omogeneo e uno strutturato

La presenza simultanea della diffrazione e dell'interferenza fa diventare il sistema multistabile (multistabilità ottica). In questo caso differenti strutture spaziali coesistono per gli stessi valori dei parametri e si può osservare la formazione di strutture localizzate che appaiono come regioni circoscritte dove la luce è concentrata.

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