Valoa valolla ohjaten

Valon valjastaminen ja hallinta on elintärkeää teknologian kehitykselle, mutta todellisissa tilanteissa valon käyttäytymisen monimutkaisuus asettaa haasteita sen tehokkaalle hallinnalle.

City University of New Yorkin (CUNY) fyysikko Andrea Alù vertaa valon käyttäytymistä kaoottisissa järjestelmissä biljardipeliin pallon lyöntiin.

”Valosäteet toimivat kaoottisessa ontelossa samalla tavalla. On vaikeaa mallintaa, mitä tapahtuu, koska voit suorittaa kokeilun monta kertaa samanlaisilla asetuksilla ja saat joka kerta erilaisen vasteen, ” toteaa Alù.

Tutkimustyössään CUNY:n tutkijoiden johtama ryhmä kuvailee uutta alustaa valon kaoottisen käyttäytymisen hallitsemiseksi räätälöimällä sen sirontakuvioita käyttämällä valoa itsessään.

Perinteiset menetelmät, joissa käytetään pyöreitä onteloita, eivät pysty vangitsemaan kaikkea valon käyttäytymistä monimutkaisemmilla alustoilla.

"Onkalossa, joka tukee kaoottisia valokuvioita, mikä tahansa yksittäinen onteloon injektoitu taajuus voi herättää tuhansia valokuvioita, minkä perinteisesti ajatellaan tuhoavan mahdollisuudet hallita optista vastetta", tohtoritutkija Xuefeng Jaing sanoo. "Olemme osoittaneet, että tätä kaoottista käyttäytymistä on mahdollista hallita."

Tutkijaryhmä stadionin muotoinen onkalo mahdollistaa "heijastamattomien sirontamoodien" (RSM) manipuloinnin, joka on ainutlaatuinen valon käyttäytyminen, mikä helpottaa valosignaalien parempaa hallintaa.

Säätämällä stadionin kahteen kanavaan saapuvien valonsäteiden suhteellista intensiteettiä ja viivettä, tutkijat muuttivat johdonmukaisesti valon säteilykuviota ontelon ulkopuolella.

Shixiong Yinin mukaan tässä työssä osoitettu kyky manipuloida RSM:itä mahdollistaa monimutkaisten optisten järjestelmien tehokkaan virityksen ja ohjauksen, jolla on seurauksia energian varastointiin, laskentaan ja signaalinkäsittelyyn.

"Löysimme, että tietyillä taajuuksilla järjestelmämme voi tukea kahta itsenäistä, päällekkäistä RSM:ää, jotka saavat kaiken valon pääsemään stadionin onteloon ilman heijastuksia takaisin kanavaportteihimme, mikä mahdollistaa sen hallinnan", Yin toteaa.

"Esityksemme käsittelee optisia signaaleja jokapäiväisessä elämässämme käyttämiemme optisten kuitujen kaistanleveydellä, joten tämä löytö avaa uuden tavan valosignaalien parempaan varastointiin, reitittämiseen ja hallintaan monimutkaisissa optisissa alustoissa."

Tutkijat pyrkivät sisällyttämään tuleviin tutkimuksiin uusia nuppeja, jotka tarjoavat enemmän vapausasteita valon käyttäytymisen monimutkaisuuden selvittämiseen.

Aiheesta aiemmin:

Strukturoidun valon vääristymättömiä muotoja

Kvanttitiedonsiirtoa nykyisissä kuituverkoissa