Революційний підхід до управління світлом: нові технології та мікросхеми.

Вчені розробили інноваційний метод фокусування світла на надзвичайно малих ділянках за допомогою фотонних кристалів.

Група вчених з AMOLF, Технічного університету Дельфта та Корнельського університету досягла значного прогресу в оптичних технологіях, створивши інноваційний спосіб концентрації світла на дуже малих просторових масштабах. Їхнє дослідження, опубліковане у журналі Science Advances, представляє собою революційний метод управління світловими хвилями на рівні мікрочіпів.

Традиційно, управління світлом стало серйозним технічним завданням, особливо коли мова йшла про мікроскопічні масштаби, що співвідносяться з довжиною світлової хвилі. Існуючі технології мали значні обмеження: оптичні резонатори функціонували лише на певних довжинах хвиль, тоді як хвилеводи вимагали конструкцій, які були набагато більшими за саму довжину хвилі.

Новий підхід грунтується на особливій топологічній характеристиці фотонних кристалів — надтонких кремнієвих шарах з систематично розташованими мікроскопічними отворами. Група дослідників на чолі з Daniel Muis розробила експериментальну систему, яка показує принципово новий спосіб концентрації світлових променів.

Основна характеристика цього методу полягає у формуванні унікального хвилеводу на кордоні двох фотонних кристалів із дзеркально відображеними візерунками. У такій конфігурації світло здатне переміщатися виключно вздовж чітко окресленої межі, причому його переміщення є "топологічно захищеним" — розсіювання та відбиття світла зведені до мінімуму.

В експериментальному дослідженні було реалізовано установку "бар’єру" на кінці хвилеводу, що заважає проходженню світла. Неочікуваним результатом стало скупчення світлової енергії безпосередньо перед цією перешкодою. Світло, фактично, затримується, що призводить до створення локального підсилення світлової області.

Для визначення параметрів накопичення вчені використали унікальний мікроскоп у TU Delft, здатний сканувати світлові поля з надзвичайно високою точністю -- роздільна здатність становила близько однієї тисячної товщини людської волосини.

Ключовою перевагою інноваційного методу є його здатність працювати в широкому діапазоні довжин хвиль. Це відкриває унікальні перспективи для прогресу в галузі квантової комунікації, оптичних сенсорних систем та мікролазерних технологій.

Науковці акцентують увагу на тому, що створений механізм має потенціал для використання не лише у контексті світлових хвиль, а й для інших хвильових систем, таких як звукові хвилі та електронні процеси в специфічних кристалічних структурах.

Подальші етапи дослідження зосередяться на аналізі часових характеристик збору світлової енергії, оптимізації підсилення світлового поля та виявленні практичних застосувань для маніпуляцій зі світлом в оптичних мікрочипах.

Дослідження проведене колективом науковців під керівництвом Ewold Verhagen з AMOLF, за участю експертів з Корнельського університету та TU Delft. Висновки цієї роботи були опубліковані в журналі Science Advances і можуть стати основою для майбутніх досліджень у сферах оптоелектроніки та фізики хвиль.