Uraauurtava tutkimus valon hallinnasta

Heriot-Wattin yliopiston tutkijat ovat osoittaneet ensimmäisenä maailmassa, että valoa voidaan käyttää sähkömagneettisten aaltojen värähtelyn kaikkien osa-alueiden hallintaan, mikä avaa uusia teknologisia mahdollisuuksia.

Tohtori Marcello Ferrera, kertoo: ”Valon värähtelytavoilla on valtava vaikutus siihen, miten se on vuorovaikutuksessa ympäröivän fyysisen maailman kanssa. Ensimmäistä kertaa meillä on nyt täysi hallinta tähän valon ominaisuuden suhteen missä tahansa polarisaatiotilassa ja erittäin suurilla nopeuksilla.”

Valon polarisaatiotilan hallinta pikosekunnin nopeutta ja aallonpituutta pienemmällä tarkkuudella on edelleen keskeinen haaste seuraavan sukupolven nanofotonisille laitteille.

Uusi fotoninen viitekehys on äskettäin syntynyt aikamuuttuvista fotonisista järjestelmistä, jotka ovat mahdollisia ultranopeiden optisten epälineaarisuuksien ansiosta matalan indeksin läpinäkyvissä johtavissa oksideissa. (TCO)

Aikamuuttuvien järjestelmien syntyminen merkitsee perustavanlaatuista muutosta siinä, miten optisia toiminnallisuuksia voidaan suunnitella. Sen sijaan, että luotettaisiin pelkästään staattisiin, litografisesti määriteltyihin rakenteisiin polarisaation hallitsemiseksi, aikaa voidaan käyttää lisävapausasteena.

Tämä siirtymä määrittelee uudelleen fotonisen suunnittelun paradigman laajentamalla optisten järjestelmien toiminnallista kaistanleveyttä ja sopeutumiskykyä siirtämällä räätälöitävyyden nanovalmistusvaiheista optisen herätteen muokkaukseen.

Heriot-Wattin tutkijat ovat osoittaneet täysin optisesti viritettävän, ultranopean ja uudelleenkonfiguroitavan alustan valon polarisaatiotilan ohjaamiseksi indusoimalla dynaamisesti kahtaistaittumista, dikroismia ja ei-resiprokaalista optista aktiivisuutta strukturoimattomassa, tasomaisessa, isotrooppisessa ja aallonpituutta pienemmässä järjestelmässä.

Tämä työ ei ainoastaan luo uutta paradigmaa ultranopealle polarisaatiomodulaatiolle ajassa muuttuvien väliaineiden avulla, vaan myös luo pohjan uudenlaiselle kompaktien ja optisesti ohjelmoitavien fotonisten laitteiden luokalle.

Professori Ferrera: ”Yksi selkeä esimerkki käytännön elämästä on lääketiede. Itse asiassa tiettyä lääkettä syntetisoitaessa polarisoitua valoa käytetään erottamaan peilikuvamolekyylit, joilla on hyvin erilainen kemiallinen reaktio kehoomme nähden.”

”Toinen on kvanttilaskenta. Koska kvanttiteknologiat koodaavat informaatiota valon polarisaatiossa, tämäntyyppisellä ultranopealla ohjauksella on suoria vaikutuksia nopeampiin ja joustavampiin kvanttiviestintäjärjestelmiin, mukaan lukien erittäin turvallinen datansiirto.”

Ratkaisevaa on, että tämä tehtiin käyttämällä vain valoa, ilman elektroniikkaa tai liikkuvia osia, minkä ansiosta muutokset tapahtuivat 10 000 kertaa nopeammin kuin huippuluokan elektroniikalla.

Saavutetut vaikutukset olivat noin 100 000 kertaa voimakkaampia kuin mikään aiemmin mitattu, joten niistä tuli jälleen yksi ratkaiseva virstanpylväs tällä uudella alalla, joka tunnetaan nimellä ajallisesti muuttuva fotoniikka, toteavat tutkijat tiedotteensa lopuksi.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttivalon muotoilua tulevaisuuden teknologioille

Eksoottinen kvantti-ilmiö luo aikakiteitä

Valon manipuloinnille uudet säännöt