Международен изследователски екип за първи път е проектирал реалистични фотонни времеви кристали - екзотични материали, които експоненциално усилват светлината. Пробивът открива забележителни възможности в области като комуникациите, изображенията и сензориката, като полага основите на по-бързи и по-компактни лазери, сензори и други оптични устройства.
"Тази работа може да доведе до първата експериментална реализация на фотонни времеви кристали, като ги насочи към практически приложения и потенциално трансформира индустриите. От високоефективни светлинни усилватели и усъвършенствани сензори до иновативни лазерни технологии, това изследване предизвиква границите на това как можем да контролираме взаимодействието между светлината и материята", коментира доцент Виктар Асадчи (Viktor Asadchy) от Университета Аалто, Финландия.
Фотонните времеви кристали представляват уникален клас оптични материали. За разлика от традиционните кристали, които имат пространствено повтарящи се структури, фотонните времеви кристали остават еднородни в пространството, но проявяват периодични колебания във времето. Това характерно качество създава "моментни лентови пролуки" или необичайни състояния, при които светлината спира в кристала, докато интензитетът ѝ расте експоненциално с времето. За да разберете особеностите на взаимодействието на светлината във фотонния времеви кристал, представете си, че светлината преминава през среда между въздух и вода квадрилиони пъти в секунда - забележително явление, което се противопоставя на традиционното ни разбиране за оптиката.
Едно от потенциалните приложения на фотонните времеви кристали е в областта на наносензорирането.
"Представете си, че трябва да се открие наличието на малка частица, например вирус, замърсител или биомаркер за заболявания като рак. Когато е възбудена, частицата ще излъчва малко количество светлина с определена дължина на вълната. Фотонният времеви кристал може да улови тази светлина и автоматично да я усили, което позволява по-ефективно откриване със съществуващото оборудване", обяснява Асадчи.
Създаването на фотонни времеви кристали за видима светлина отдавна е предизвикателство поради необходимостта от изключително бързи и същевременно големи по амплитуда промени в свойствата на материала. До момента най-напредналата експериментална демонстрация на фотонни времеви кристали - разработена от членове на същия изследователски екип - е ограничена до много по-ниски честоти, като например микровълни.
В последната си работа екипът предлага чрез теоретични модели и електромагнитни симулации първия практически подход за постигане на "истински оптични" фотонни времеви кристали. Като използват масив от малки силициеви сфери, те предвиждат, че специалните условия, необходими за усилване на светлината, които преди това са били недостъпни, най-накрая могат да бъдат постигнати в лабораторията с помощта на известни оптични техники.
Справка: X. Wang, P. Garg, M. S. Mirmoosa, A. G. Lamprianidis, C. Rockstuhl, V. S. Asadchy. Expanding momentum bandgaps in photonic time crystals through resonances. Nature Photonics, 2024; DOI: 10.1038/s41566-024-01563-3
Източник: A breakthrough in photonic time crystals could change how we use and control light, Aalto University
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари