- 19,423
- 40
- 8 Ноя 2022
Физики открыли способ концентрировать энергию в самых малых масштабах.
Сфокусировать свет в объёме, сравнимом с длиной волны самого света, — задача непростая, но крайне важная для технологий вроде квантовой связи, оптических сенсоров и миниатюрных лазеров. Учёным из AMOLF, Технологического университета Делфта и Корнеллского университета удалось сделать шаг в этом направлении: они впервые экспериментально продемонстрировали способ, позволяющий концентрировать свет на сверхмалой площади при помощи особых свойств фотонного кристалла. Причём их метод работает не на одной конкретной длине волны, а сразу на широком диапазоне, что делает его особенно перспективным. Работа Для просмотра ссылки Войдиили Зарегистрируйся в журнале Science Advances 18 апреля.
До сих пор для фокусировки света использовали либо оптические резонаторы, работающие на строго определённой длине волны, либо волноводы, которые направляют свет и сжимают его, как воронка. Но у каждого из этих подходов были серьёзные ограничения — либо по спектру, либо по размерам устройств. Новая идея основана на топологических свойствах фотонных кристаллов — материалов с регулярной структурой микроскопических отверстий в кремнии, которые в обычных условиях не пропускают свет.
Однако если взять два таких кристалла с зеркальным рисунком отверстий и соединить их, то на границе возникает особый волновод, по которому свет может распространяться. И, что особенно важно, его путь устойчив к дефектам — из-за так называемой топологической защиты. Учёные задались вопросом: что произойдёт, если такой волновод просто обрезать и поставить на его пути «стену» из непрозрачного материала? Поскольку свет не может уйти дальше и при этом почти не отражается назад, он начинает накапливаться перед преградой. Это и привело к локальному усилению светового поля.
Чтобы проверить эту идею, исследователи изготовили топологические волноводы на кремниевой подложке и с помощью уникального микроскопа в Делфте — с тончайшей иглой, сканирующей поверхность — смогли увидеть распределение света с точностью, превышающей толщину человеческого волоса в тысячу раз. И действительно, они зафиксировали заметное усиление светового поля на границе волновода, причём только если «стена» стояла под определённым углом. Это в точности совпало с предсказаниями, сделанными в Корнелле.
Таким образом, учёные не только подтвердили теоретическую модель, но и открыли путь к новому способу управления светом на чипе. Особенность подхода в том, что он работает сразу для множества длин волн и применим не только к свету, но и к другим типам волн — например, к звуку или электронам в особых кристаллах. В будущем исследователи планируют изучить, как долго свет продолжает накапливаться у преграды, если использовать импульсный лазер. Это поможет понять, насколько можно усилить поле и где именно такая концентрация энергии будет наиболее полезна.
Сфокусировать свет в объёме, сравнимом с длиной волны самого света, — задача непростая, но крайне важная для технологий вроде квантовой связи, оптических сенсоров и миниатюрных лазеров. Учёным из AMOLF, Технологического университета Делфта и Корнеллского университета удалось сделать шаг в этом направлении: они впервые экспериментально продемонстрировали способ, позволяющий концентрировать свет на сверхмалой площади при помощи особых свойств фотонного кристалла. Причём их метод работает не на одной конкретной длине волны, а сразу на широком диапазоне, что делает его особенно перспективным. Работа Для просмотра ссылки Войди
До сих пор для фокусировки света использовали либо оптические резонаторы, работающие на строго определённой длине волны, либо волноводы, которые направляют свет и сжимают его, как воронка. Но у каждого из этих подходов были серьёзные ограничения — либо по спектру, либо по размерам устройств. Новая идея основана на топологических свойствах фотонных кристаллов — материалов с регулярной структурой микроскопических отверстий в кремнии, которые в обычных условиях не пропускают свет.
Однако если взять два таких кристалла с зеркальным рисунком отверстий и соединить их, то на границе возникает особый волновод, по которому свет может распространяться. И, что особенно важно, его путь устойчив к дефектам — из-за так называемой топологической защиты. Учёные задались вопросом: что произойдёт, если такой волновод просто обрезать и поставить на его пути «стену» из непрозрачного материала? Поскольку свет не может уйти дальше и при этом почти не отражается назад, он начинает накапливаться перед преградой. Это и привело к локальному усилению светового поля.
Чтобы проверить эту идею, исследователи изготовили топологические волноводы на кремниевой подложке и с помощью уникального микроскопа в Делфте — с тончайшей иглой, сканирующей поверхность — смогли увидеть распределение света с точностью, превышающей толщину человеческого волоса в тысячу раз. И действительно, они зафиксировали заметное усиление светового поля на границе волновода, причём только если «стена» стояла под определённым углом. Это в точности совпало с предсказаниями, сделанными в Корнелле.
Таким образом, учёные не только подтвердили теоретическую модель, но и открыли путь к новому способу управления светом на чипе. Особенность подхода в том, что он работает сразу для множества длин волн и применим не только к свету, но и к другим типам волн — например, к звуку или электронам в особых кристаллах. В будущем исследователи планируют изучить, как долго свет продолжает накапливаться у преграды, если использовать импульсный лазер. Это поможет понять, насколько можно усилить поле и где именно такая концентрация энергии будет наиболее полезна.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
