Учёные обнаружили рабочую конфигурацию фотонного кристалла с функциональной «стенкой» под наклоном к волноводу. Полученная конструкция фокусирует свет в области размером с длину волны излучения.
Ученые и инженеры иногда нуждаются в концентрации света в малом объеме для повышения эффективности оптических приборов, уменьшения их габаритов и развития квантовых вычислений. В идеале исследователям хотелось бы концентрировать свет небольшим устройством в область, размеры которой сравнимы с длиной волны этого света.
До сих пор существовало два способа сконцентрировать свет: с помощью оптических резонаторов или волноводов, которые его сжимают. Первый метод основывается на эффекте резонанса, а габариты устройства рассчитаны таким образом, что усиливать Первый использует одну строго определённую длину волны. Второй же функционирует по принципу оптической линзы, однако нуждается в устройстве внушительных размеров.
Международная команда учёных представила новый способ фокусировки света на микроуровне. В основе методики лежит топология физической системы. Для концентрации света используются фотонные кристаллы. Метод эффективен в более широком диапазоне длин волн по сравнению с существующими альтернативами. Результаты работы… опубликованы в журнале Science Advances.
Фотонные кристаллы представляют собой кремниевые пластины с упорядоченным микроскопическим узором отверстий, которые обычно препятствуют распространению света. Однако при расположении рядом двух таких кристаллов с обратимым узором на их границе формируется волновод, позволяющий световой энергии двигаться только вдоль границы.
Конструкция отличается тем, что светопроведение «топологически защищено»: рассеяние и отражение на дефектах материала подавлены. Daniel Muis).
В эксперименте исследователи изучили последствия резкого прерывания волновода стеной, не пропускающей свет. сконцентрировать излучение.
Свет проникает сквозь материал и ограничен преградой. Излучение концентрируется перед этой преградой. отскакивает По направлению волноводам, но с опозданием. Этим вызывается местное увеличение света.
В конце топологического волновода световое поле усиливается только при определенном угле расположения «стены» относительно волновода. Это свидетельствует о связи усиления света с топологическим подавлением обратного отражения. Устройство обеспечивает концентрацию света в объеме, сопоставимом с длиной волны самого света.
Установленный учеными механизм можно применить к другим видам волн в структурированных средах, например, к звуковым волнам. электроны в определенных кристаллах.
Следующим шагом может стать использование импульсного лазера для изучения временного интервала накопления света. Это позволит оценить максимальное возможное усиление поля и его применение в оптических чипах для управления светом, — подытожил Мёйс.