Valon muotoilu ennennäkemättömällä tavalla

Valon ominaisuuksien muokkaaminen vuorovaikutuksessa materiaalien kanssa on monien löytöjen ja teknologisten edistysaskeleiden perusta, olipa kyse sitten optisista kuiduista televiestinnässä, lasereista valonlähteinä tai kemian ja biologian antureista.

Kansainvälinen tutkijaryhmä École polytechniquesta , Collège de Francesta ja Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorfista (HZDR) on saavuttanut ensimmäisenä maailmassa: kokeellisen toteutuksen täysin optisesta fotonisesta aikakiteestä (PTC), materiaalista, jonka optisia ominaisuuksia voidaan moduloida voimakkaasti ja jaksoittain ajassa ultranopeilla mittakaavoilla

École polytechniquessa tieteilijät luovat pohjaa teknologialle, jota ei ole vielä laajalti hyödynnetty: Apulaisprofessori Yannis Laplace ja hänen tiiminsä kehittävät uusia fotonisia laitteita valon ohjaamiseksi terahertsien taajuusalueella (THz).

”THz-alue edustaa elektronisten ja fotonisten teknologioiden rajaseutua”, Laplace selittää. ”Se on alue, joka on täynnä mahdollisuuksia sekä tieteelle että yhteiskunnalle, mutta on silti teknologisesti alikehittynyt verrattuna sen sähköisiin ja fotonisiin vastineisiin. Fotonisten kiteiden luominen voisi johtaa tämän kuilun kuromiseen umpeen.”

Fotoniset kiteet ovat nanorakenteisia materiaaleja, joilla on jaksollinen optinen kuvio (kuten hila), joka ohjaa fotonien virtausta. Säätämällä älykkäästi eri materiaalien taitekerrointa ja muotoja ne voivat estää, ohjata tai vahvistaa tiettyjä aallonpituuksia samalla tavalla kuin puolijohteet ohjaavat elektroneja.

Aiemmissa tutkimuksissa tämä tutkimusryhmä oli osoittanut, kuinka lämpötilan tai magneettikenttien manipulointi voi muuttaa fotonisten kiteiden valonkaappausominaisuuksia, mutta tähän asti niiden säätö oli ajallisesti staattista.

Tämä uusi työ esittelee ensimmäiset fotoniset aikakiteet, joissa materiaalin optisia ominaisuuksia (esim. heijastavuutta, resonanssitaajuutta) moduloidaan dynaamisesti pikosekuntien aikaskaaloilla, jotka ovat verrattavissa valon omaan värähtelysykliin.

”Laajentamalla fotonisia kiteitä avaruudellisesta aikamuotoon avaamme uuden ulottuvuuden valon säätöön – ja uuden polun vahvistukseen ja laserointiin. Se voisi olla käänteentekevä tekijä optisille teknologioille terahertsitaajuuksilla ja niiden yli”, selittää tohtoriopiskelija Tingwen Guo.

Jotta fotonien ominaisuuksia voitaisiin muuttaa ajan kuluessa, tutkijoiden oli rakennettava ainutlaatuinen ja monimutkainen rakenne, jota he kutsuvat "plasmoniseksi metamateriaaliksi".

Tämä läpimurto voisi mullistaa valon käyttötapamme teknologiassa, erityisesti terahertsialueella.

Mahdollistamalla valon moduloinnin niin lyhyillä aikaskaaloilla nämä fotoniset aikakiteet tuovat meidät lähemmäksi uudentyyppisiä ultranopeita lasereita lääketieteelliseen kuvantamiseen ja viestintään ja mahdollistavat valon ominaisuuksien, kuten sen "värin" tai intensiteetin välittömän muuttamisen, tarpeen mukaan tapahtuvan säätämisen älykkäämpiä ja mukautuvampia optisia järjestelmiä varten.

Aiheesta aiemmin:

Tutkijat löysivät klassisia aika-avaruuskiteitä nestekiteistä

Lähes ikiliikkuva aikakide voi kasvattaa kvanttitietokoneiden laskentatehoa

Pikofotoniikan synty: Kohti aikakidemateriaaleja