Enheden øger interaktionen mellem lys og bevægelse

Optomekaniske enheder, som samtidig begrænser lysbølger og mekaniske bølger for at tillade interaktion mellem dem, kan bruges til at studere grundlæggende spørgsmål i fysik og til at fornemme bevægelse på samme måde som elektromekaniske accelerometre. I smartphones, disse elektroniske komponenter skifter berøringsskærmen mellem stående og liggende, når de registrerer rotation af brugeren.

Ifølge eksperter på området, imidlertid, brug af optomekaniske anordninger til at studere makroskopiske kvantefænomener eller til at identificere meget subtile bevægelser kræver ekstremt høje niveauer af interaktion, eller kobling, mellem lysbølger og mekaniske bølger.

En gruppe forskere ledet af Thiago Pedro Mayer Alegre og Gustavo Silva Wiederhecker ved University of Campinas Gleb Wataghin Physics Institute (IF-UNICAMP) i São Paulo State, Brasilien, har udviklet en optomekanisk enhed med et nyt design, der øger koblingen mellem lysbølger og mekaniske bølger til højere niveauer end dem, der er rapporteret for lignende enheder udviklet i laboratoriet. Deres arbejde blev støttet af FAPESP.

Den nye optomekaniske enhed og en eksperimentel demonstration af dens funktion er beskrevet i Optik Express .

"Den måde, vi designede enheden på, gør det muligt at øge interaktionsniveauerne mellem lysbølger og mekaniske bølger, "Sagde Alegre.

"Det betyder, at enheden har praktiske applikationer og hjælper os med vores grundforskning ved at hjælpe os med at besvare visse spørgsmål, såsom hvad der sker i overgangen mellem den kvantemikroskopiske verden og den klassiske makroskopiske verden. "

Enheden skabt af forskerne, baseret på en 24-mikron siliciumdisk understøttet af en siliciumdioxid central piedestal, der tillader disken at vibrere, har en bullseye -form med koncentriske cirkulære riller. Takket være denne form, lysbølger og mekaniske bølger kan begrænses i enheden ved hjælp af separate mekanismer. Lysbølgerne er kun begrænset ved kanten af ​​disken af ​​total intern refleksion, et optisk fænomen, hvor lys i et medium, såsom vand eller glas, reflekteres fuldstændigt fra de omgivende overflader (såsom luftgrænsefladen) tilbage i mediet, forudsat at indfaldsvinklen er større end en bestemt begrænsningsvinkel kaldet den kritiske vinkel.

Lysbølger komprimeres derfor nær diskens kant og bevæger sig rundt i ringene i lang tid, der henviser til, at mekaniske vibrationer kan forplante sig i hele materialet. Imidlertid, de koncentriske ringe skaber frekvensområder, hvor mekaniske bølger ikke kan forplante sig, og er begrænset til ydersiden af ​​disken, hvor de interagerer direkte med lysbølgerne.

"Begrænsning af lysbølger og mekaniske bølger til diskens kant gør det muligt for os at øge deres interaktion, som er nyttig til at udforske kvantefænomener i makroskopiske objekter, "Forklarede Alegre.

I enheder udviklet af andre forskningsgrupper, de koncentriske cirkulære riller bruges til at begrænse lysbølger i det centrale område og ikke ved kanten, som i tilfældet med enheden designet af forskerne ved IF-UNICAMP.

Ligesom optiske vibrationer, mekaniske vibrationer kan forstås som bølger, så Alegres gruppe havde ideen om at bruge de koncentriske ringe til at begrænse mekaniske bølger ved kanten af ​​enheden og få dem til at interagere mere intens med lysbølger i samme region. "Pointen med at udvikle disken med dette bullseye -design var at forhindre den mekaniske tilstand i at 'se' den centrale piedestal, der understøtter disken og lade hele strukturen vibrere, eliminering af mekaniske tab, " han sagde.

Enheden er meget tilpasselig, han tilføjede, og kompatibel med eksisterende industrielle fremstillingsprocesser, gør det til en løsning til forbedring af sensorer, der registrerer kraft og bevægelse, for eksempel. En af dens potentielle applikationer er inden for telekommunikation som en optisk modulator, Forklarede Alegre. Fordi enheden kan mærke og ophidse mekanisk vibration, det kan bruges som en optisk switch, styring af en laserstråle, der passerer igennem den langt mere effektivt end de modulerende teknologier, der i dag bruges i optiske telekommunikationsnet.

"Det blev fremstillet i henhold til nuværende industrielle processer, så enhver gruppe i verden kunne gengive det, " han sagde.