Ученые подтвердили возможность управления светом во времени. Созданный фотонный временной кристалл способен динамически менять свои оптические свойства за пикосекунды.
Излучение
Международная исследовательская группа создала первый полностью оптический фотонный временной кристалл. В ее состав вошли специалисты из Политехнической школы, Коллеж де Франс и Центра имени Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.
Эксперимент был проведен с помощью источника сверхизлучающего терагерцового излучения TELBE. Эта система позволила исследовать ранее недоступную форму взаимодействия света и материи в терагерцовом диапазоне.
По данным ученых, управление поведением света внутри материалов привело к созданию технологий, формирующих современную жизнь. Оптические волокна передают информацию по сетям связи. Лазеры обеспечивают высокоточные источники света. Оптические датчики широко используются в химии и биологии.
Управление светом
Исследователи работают над фотонными устройствами, способными управлять светом в терагерцовом диапазоне частот. Эта часть электромагнитного спектра находится между традиционной электроникой и фотоникой. Исследования в этой области быстро продвигаются. Терагерцовые частоты могут предложить новые способы исследования и манипулирования материей.
Авторы исследования объяснили, что терагерцовый диапазон представляет собой границу между электронными и фотонными технологиями. Это диапазон, полный возможностей для науки и общества, однако технологически он все еще недостаточно развит. Создание фотонных кристаллов может проложить путь к преодолению этого разрыва.
Кристаллы
Традиционные фотонные кристаллы представляют собой наноструктурированные материалы с повторяющимся оптическим рисунком. Он определяет, как фотоны движутся сквозь них. Тщательно располагая материалы с различными формами и показателями преломления, ученые могут блокировать, направлять или усиливать выбранные длины волн света.
Предыдущие эксперименты показали, что температура и магнитные поля могут изменять способность фотонных кристаллов улавливать свет. Однако после установления этих условий оптическое поведение оставалось неизменным с течением времени.
Оптические свойства нового устройства могут динамически изменяться в пикосекундном масштабе времени. Фотонный временной кристалл создает повторяющийся узор во времени. Один из авторов исследователей отметил, что расширение возможностей фотонных кристаллов из пространства во время открывает новое измерение для управления светом и новый путь к усилению и генерации лазерного излучения.
Изменение свойств за пикосекунды
Команда исследователей подвергла устройство воздействию терагерцовых лазерных импульсов, генерируемых TELBE. Поскольку источник генерирует интенсивное терагерцовое излучение, исследователи смогли быстро изменить оптические свойства материала, особенно его отражательную способность.
Достижение этих двух эффектов одновременно представляло собой серьезную техническую проблему. Сила изменения была сравнима с принуждением объекта к излучению совершенно другого цвета, а трансформация происходила в пикосекундном масштабе.
Ученые подтвердили, что уникальная способность системы генерировать высокочастотные, фазово-стабильные терагерцовые импульсы имела решающее значение. Без этой инфраструктуры достижение когерентной, сверхбыстрой модуляции было бы невозможно.
VK
OK
Telegram
Дзен