Routing fotoner med en topologisk fotonisk struktur

Et team af forskere ved University of Maryland har fundet en ny måde at dirigere fotoner på mikrometerskalaen uden at spredes ved at bygge en topologisk kvanteoptisk grænseflade. I deres papir offentliggjort i tidsskriftet Videnskab , gruppen beskriver deres topologiske fotoniske struktur, hvordan det virker, og måder de testede det på. Alberto Amo med Université de Lill i Spanien tilbyder en kort historie om de seneste forsøg på at dirigere fotoner i så lille en skala og skitserer også det arbejde, der er udført af teamet på UM.

Som Amo bemærker, videnskabsfolk vil gerne være i stand til at dirigere fotoner med præcision i mikrometerskalaen for at skabe bedre integrerede kvanteoptiske kredsløb - en fotons tendens til at sprede sig, når møde med bøjninger og splittere har hæmmet fremskridt. I denne nye indsats, forskerne er kommet uden om dette problem ved at tage en ny tilgang - ved hjælp af en halvlederplade med trekantede huller arrangeret i sekskantede mønstre. Pladen blev formet til et gitter af sekskanter, med større trekantede huller på den ene side af pladen end den anden. Routingen fandt sted, hvor de to typer sekskanter mødtes.

Pladens arkitektur skabte kanttilstande, hvor to fotoniske krystaller mødtes - båndene rørte og krydsede hinanden, producere kanttilstande med energi mellem to krystalbåndgab, tillader en foton at bevæge sig mellem dem uden at spredes. Arrangementet af sekskanter gav båndgab ved siden af ​​hinanden fra den ene side af pladen til den anden, skabe en slags kanal for fotoner at rejse. Fotoner blev leveret med tilladelse til kvantepunkter, der var indlejret på grænsesteder - affyring af en laser mod kvantepunkterne fik dem til at generere individuelle fotoner, som derefter spredte sig langs kanaler uden spredning. Fotoner, der var af modsat polarisering, forplantede sig i modsatte retninger.

Nøglen til en vellykket opbygning af strukturen var at bemærke, hvad der skete, da kvantepunkterne blev begejstret med en kraftfuld laser-fokusering af linsen på kun den ene side af en kant fik den udsendte foton i båndgabet til at forplante sig uden at spredes. Det fik holdet til at finjustere størrelsen på de trekantede huller og deres afstand fra midten af ​​deres respektive sekskanter, muliggør oprettelse af kanalerne. Arbejdet, Amo foreslår, er et stort skridt i retning af implementering af nye former for optiske kredsløb.

© 2018 Phys.org