Инновационная разработка международной группы исследователей способнаулучшать работу лазеров, датчиков и коммуникационных технологий. Кристаллы могут найти применение в самых разных областях — от зондирования до передачи сообщений.
«Эта работа может привести к первой экспериментальной реализации фотонных временных кристаллов, что даст толчок к их практическому применению и потенциально преобразует промышленность, — говорит Виктар Асадчи, доцент Университета Аалто, Финляндия. — От высокоэффективных усилителей света и передовых датчиков до инновационных лазерных технологий — это исследование бросает вызов границам того, как мы можем управлять взаимодействием света и материи».
Фотонные временные (темпоральные) кристаллы — уникальный тип оптических материалов. В отличие от обычных кристаллов, которые имеют повторяющиеся структуры в пространстве, эти кристаллы остаются пространственно однородными, но периодически колеблются во времени.
Это свойство создает «импульсные разрывы» — состояния, в которых свет фактически замирает внутри кристалла, в то время как его интенсивность растет по экспоненте. Одно из потенциальных применений фотонных кристаллов времени — нано-зондирование.
«Представьте, что мы хотим обнаружить присутствие маленькой частицы, например вируса, загрязнителя или биомаркера для таких заболеваний, как рак. При активации частица будет излучать крошечное количество света с определенной длиной волны. Фотонный временной кристалл может улавливать этот свет и автоматически усиливать его, обеспечивая более эффективное обнаружение с помощью существующего оборудования», — говорит Асадчи.
Создание фотонных временных кристаллов для видимого света долгое время оставалось сложной задачей из-за необходимости чрезвычайно быстрого и одновременно большого амплитудного изменения свойств материала.
На сегодняшний день наиболее продвинутая экспериментальная демонстрация фотонных временных кристаллов, разработаннаячленами той же исследовательской группы, была ограничена гораздо более низкими частотами, такими как микроволны. В своей последней работе команда предлагает первый практический подход к созданию «истинно оптических» фотонных кристаллов времени с использованием теоретических моделей и электромагнитного моделирования.
Используя набор крошечных кремниевых сфер, исследователи предсказывают, что особые условия, необходимые для усиления света, которые ранее были недостижимы, наконец могут быть воссозданы в лаборатории с помощью известных оптических методов.
Ранее исследователи из Швеции разработалиновую систему оптических каналов связи, которая может рекордно ускорить передачу данных со спутников. Изобретение сочетает в себе бесшумный усилитель и сверхчувствительный приемник, что делает связь быстрее и надежнее.