Fysikere undersøger ny klasse af resonatorer

Fysikerne fra ITMO University, Ioffe Institute og Australian National University undersøgte en ny mekanisme til realisering af optiske resonatorer af høj kvalitet. Den er baseret på den gensidige destruktive interferens mellem to optiske tilstande af lav kvalitet i en resonator, der muliggør sikker "indfangning" af lys i forskellige materialer, selv ved små skalaer. De teoretiske resultater af arbejdet blev bekræftet eksperimentelt, lægger grundlaget for nye miniatureapparater:effektive sensorer, optiske filtre og ikke -lineære lyskilder. Forskningspapiret er offentliggjort i SPIE Advanced Photonics .

Generelt, Fano -resonanser opstår på grund af interaktionen mellem to bølger med et bestemt forhold mellem amplituder og faser, for eksempel, under spredning af elektromagnetisk stråling. Denne proces undersøges aktivt og bruges i vid udstrækning til at skabe resonatorer:enheder, der forstærker det elektromagnetiske signal. Hovedparametrene for Fano -resonanser, bestemmelse af spidsbredde og asymmetri, blev normalt betragtet som uafhængige. Derfor, de blev indstillet separat for at opnå den maksimale kvalitetsfaktor (Q -faktor):funktion, viser, hvor godt resonatoren fanger og forbedrer strålingen.

Imidlertid, forskerne fra ITMO University viste, at resonansparametrene er forbundet:når resonanstoppen i spektret af den spredte stråling bliver symmetrisk, dens bredde bliver minimal, hvilket fører til den maksimale Q -faktor. Dette sker, når t resonatorgeometrien ændres og forårsager en usædvanlig interaktion mellem flere tilstande eller tilstande. Fysikere forbandt dette fænomen med den nyligt foreslåede klasse af resonatorer, som arbejder på en subbølgelængde skala for en bred klasse af materialer.

"Som regel, at skabe en resonans af høj kvalitet, man skal fange lyset et sted ved hjælp af gode spejle eller et miljø med et højt brydningsindeks, hvorfra lyset ikke let vil forlade. Men vi fandt en ny mekanisme til lysindfangning og beskrev den i vores tidligere papirer. Det er baseret på to lav kvalitetstilstande, hver fanger lyset svagt, som tilsammen kan danne en ny tilstand med en meget høj Q -faktor. To minusser gør et plus. I dette arbejde udførte vi eksperimenter for at bevise det og udviklede en dybere teoretisk forståelse, "forklarer Kirill Koshelev.

Som resultat, forskere for første gang viste eksperimentelt, at sådan usædvanlig interaktion af resonanser er mulig. Forsøget blev udført i mikrobølger ved anvendelse af en cylindrisk beholder. Fartøjet blev fyldt med vand dråbe for dråbe, så stolpehøjden konstant ændrede sig. På samme tid, ved hjælp af en speciel sensor, forskere målte resonansernes kvalitetsfaktor og frekvens.

"Arbejdet begyndte med en teori:Kirill Koshelev beviste, at en høj kvalitetsfaktor altid ledsages af en symmetrisk form for resonans. Disse resultater blev bekræftet i forsøget af Polina Kapitanova og Mikhail Rybin. Nu arbejder vi på den praktiske anvendelse af disse resonatorer . For nylig, vi foreslog en ikke-lineær frekvensomformer af lys baseret på diskresonatorer af høj kvalitet. Nu fortsætter vi med at eksperimentere med andre materialer. Ud over, vores resultater bruges til at skabe følsomme kompakte sensorer. Alexey Slobozhanyuk arbejder i øjeblikket på dem, "tilføjer Andrey Bogdanov.