Käyttökelpoisia aikakiteitä

Aalto-yliopiston, Itä-Suomen yliopiston, Karlsruhen teknillisestä korkeakoulusta ja Harbin Engineering Universityn tutkijoista koostuva työryhmä on toteuttanut fotonisten aikakiteiden läpimurron, joka voi muuttaa tapaamme käyttää ja ohjata valoa

"Tämä työ voi johtaa fotonisten aikakiteiden ensimmäiseen kokeelliseen toteutukseen, joka vie niitä käytännön ja mahdollisesti uudenlaisien toimialojen sovelluksiin", sanoo professori Viktar Asadchy Aalto-yliopistosta.

Kansainvälinen tutkimusryhmä on ensimmäistä kertaa suunnitellut realistisia fotonisia aikakiteitä – eksoottisia materiaaleja, jotka vahvistavat valoa eksponentiaalisesti.

Läpimurto avaa jännittäviä mahdollisuuksia eri aloilla, kuten viestintä, kuvantaminen ja tunnistus, luomalla perustan nopeammille ja kompakteille lasereille, antureille ja muille optisille laitteille.

"Tämä työ voi johtaa fotonisten aikakiteiden ensimmäiseen kokeelliseen toteutukseen, joka vie niitä käytännön sovelluksiin ja mahdollisesti muuttaa toimialoja. Tehokkaista valovahvistimista ja kehittyneistä sensoreista innovatiivisiin laserteknologioihin tämä tutkimus haastaa rajat, miten voimme hallita valon ja aineen vuorovaikutusta”, jatkaa Viktar Asadchy.

Fotonisten aikakiteiden realisoinnin merkittävin vaatimus liittyy materiaaliominaisuuksien merkittävään modulaatiolaajuuteen, jotta voidaan luoda havaittavissa oleva liikemääräinen kaistaero.

Optiikassa havaittavissa olevan kaistaeron saavuttaminen on erittäin vaativaa nykyisten ja mahdollisesti myös tulevien materiaalialustojen suhteen, koska niiden modulaatiolaajuus on luonnostaan pieni.

Tutkijat osoittavat, että ottamalla käyttöön ajallisia vaihteluita resonoivassa materiaalissa, liikemäärän kaistaeroa voidaan laajentaa merkittävästi.

Resonanssi voi syntyä sisäisestä materiaaliresonanssista tai rakenteellista resonanssia tukevasta sopivasti avaruudellisesti strukturoidusta materiaalista.

Käyttämällä joukkoa pieniä piipalloja tutkijat ennakoivat, että erityiset olosuhteet, jotka tarvitaan vahvistamaan valoa, jotka aiemmin olivat ulottumattomissa, voidaan lopulta saavuttaa laboratoriossa tunnetuilla optisilla tekniikoilla.

Yksi mahdollinen sovellus realistisille fotonisille aikakiteille on nanosensoroinnissa. "Kuvittele, että haluamme havaita pienen hiukkasen, kuten viruksen, saasteen tai sairauksien, kuten syövän, biomarkkerin. Kiihtyessään hiukkanen lähettäisi pienen määrän valoa tietyllä aallonpituudella. Fotoninen aikakide voi vangita tämän valon ja vahvistaa sitä automaattisesti, mikä mahdollistaa tehokkaamman havaitsemisen olemassa olevilla laitteilla”, Asadchy sanoo.

Aiheesta aiemmin:

Sirutason GHz:n aikakiteitä puolijohteisilla fotonirakenteilla

Pikofotoniikan synty: Kohti aikakidemateriaaleja