Hitaan valon alusta sirutason fotoniikkatekniikalle11.12.2025
Äskettäin Illinoisin Urbana-Champaign yliopiston Grainger College of Engineeringin fyysikot ovat osoittaneet tekniikoita valon hidastamiseksi fotonisiruilla. Heidän löydöksensä mahdollistavat korkean spektriresoluution ominaisuudet sirulla ja ovat hyödyllisiä sekä klassisessa että kvanttifotoniikassa. Fotonisirut käyttävät optisista onteloista muodostuvia resonaattoreita valon manipulointiin. Nyt resonaattorin sisään valmistettiin erittäin läpinäkyvä ja voimakkaasti dispersiivinen väliaine, joka aiheuttaa ryhmänopeuden pienenemisen ja vastaavan laatutekijän kasvun. Tämä saatiin aikaan spektraalisen aukon polttamisen avulla erbiumilla seostetuissa ohutkalvoisessa litiumniobaattisessa mikrorengasresonaattoreissa ja näin osoitettiin Q-tekijöiden parantuneen lähes kolmella kertaluokkaa yli 10 8:n. ”Yksi tehokkaimmista tavoista varastoida valoa on hidastaa sitä”, sanoo Elizabeth Goldschmidt, fysiikan apulaisprofessori ja artikkelin vanhempi kirjoittaja. ”Etenemisen hidastaminen toimii kuin varastointi: jos teet pitkän polun ja hidastat sitä, se säilyy siellä jonkin aikaa.” Tämän tallennusajan pidentäminen on tärkeää kvanttimuistille, joka perustuu kykyyn tallentaa valoa tuhoamatta sen sisältämää kvantti-informaatiota. Kvanttimuistin rakentaminen sirulle on tärkeää käyttöönoton, valmistettavuuden ja kestävyyden kannalta. Tällä hetkellä tämä on kuitenkin mahdollista vain käyttämällä korkealaatuista bulkkioptiikkaa, koska valmistuksesta johtuvat viat johtavat valon häviämiseen siruilla. Näiden vikojen torjumiseksi Goldschmidt ja hänen kollegansa tutkivat erilaista valon varastointistrategiaa: yksinkertaisesti pidensivät etenemisaikaa. Spektriaukon polttona tunnetun tekniikan avulla tutkijat pystyivät hidastamaan valoa sirulla lähes tuhatkertaisesti. Hitaan valon ilmiönä tunnettu ilmiö johtuu valon etenemisestä väliaineen läpi merkittävästi pienemmällä nopeudella. ”Polttelin spektraalista aukkoa resonaattorissa yrittäessäni tehdä tehokkaampaa kvanttimuistia”, sanoi Priyash Barya, jatko-opiskelija ja artikkelin pääkirjoittaja. ”Skannauksessa näin odottamattoman notkahduksen, jossa ei ollut järkeä. Lopulta päädyimme siihen, että tämä notkahdus johtui hitaan valon ilmiöstä.” ”Uskomme, että tätä alustaa voidaan käyttää kaikenlaisiin asioihin, kuten kvanttimuistiin sirulla, yksittäisten fotonien hidastamiseen niiden tallentamiseksi ja eksoottisempien rakenteiden luomiseen sirulla tekemättä sitä monimutkaisempaa kuin vain polttamalla yksittäisiä spektraalisia aukkoja”, Goldschmidt sanoi. ”Olemme vasara, joka etsii nauloja, ja olemme jo löytäneet paljon.” Aiheesta aiemmin: Jättimäinen fotoni-isolointi ja -kiertoliike Tehokkaampaa optista kvanttiteleportaatiota Ohjelmoitava monitoiminen integroitu mikroaaltofotonipiiri |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.
Viime vuosina tutkijat ovat kiinnittäneet huomionsa fotonisiruihin, jotka suorittavat informaation käsittelyn tehtäviä käyttämällä valoa sähkön sijaan nopeuden ja energiatehokkuuden parantamiseksi.