At sætte fotoner i fængsel

Et miniaturefængsel for fotoner - det er nanorummet opdaget af forskere fra University of Twente. Det er et ekstremt lille hulrum omgivet af en optisk krystal, en struktur af porer ætset i to vinkelrette retninger. Begrænsning af fotoner i dette 3D-hulrum kan føre til små og effektive lasere og lysdioder, opbevaring af information eller ultrafølsomme lyssensorer. Resultaterne offentliggøres i Fysisk gennemgang B , en af ​​tidsskrifterne i American Physical Society.

Teknikker til at fange lys er det grundlæggende i fotonik. Et velkendt hulrum består af to spejle, mellem hvilke en stående bølge vil blive dannet af en bestemt lysfarve, afhængigt af afstanden mellem spejlene. Dette er arbejdsprincippet for en laser. Men lys, der lækker sidelæns, vil aldrig blive reflekteret igen. Er det muligt at fange en foton inde i en tredimensionel 'fængselscelle' omgivet af spejle? Det er det ihvertfald, UT -forskerne demonstrerer nu. Spejlene, I dette tilfælde, er dannet af en tredimensionel fotonisk krystal, bestående af porer, der er ætset dybt i silicium i to retninger, vinkelret på hinanden.

Fotonisk krystal er kendt for deres helt særlige lysegenskaber. Strukturen og periodiciteten af ​​porerne tillader kun lys af bestemte bølgelængder at forplante sig inde i krystallen. Men hvordan opretter du et hulrum til at fange en foton i en struktur som denne? I deres nye papir, UT -forskerne viser, at dette er muligt ved bevidst at ændre diameteren på to porer. Ved deres overgangssted, en uregelmæssighed eller defekt dannes inde i krystallen. Dette lille hulrum er omgivet af den periodiske krystalstruktur, tvinger fotonen tilbage ind i hulrummet. Der er simpelthen ingen flugt. "Vores beregninger viser, at i dette lille volumen af ​​hulrummet, den optiske energi forstærkes med op til 2, 400 gange i forhold til ydersiden af ​​krystallen. Dette er en meget stor forbedring, givet de små dimensioner, " siger Dr. Devashish, avisens hovedforfatter.

Letvægts

Ved at ændre den periodiske struktur lokalt, krystallen viser også betydelig absorption af synligt lys, op til ti gange absorptionen af ​​bulk silicium. "Denne stærke absorption, i et meget lille volumen, er en fantastisk ejendom for nye sensorer. Takket være den høje tæthed af porer, krystallen er meget let – det kalder vi også 'hulhed'", Siger prof. Willem Vos. Han er gruppeleder for Complex Photonics Systems på UT's MESA+ Institute.

I tidligere publikationer, gruppen viste, at diamantlignende fotoniske krystaller kan afspejle en meget bred vifte af lysfarver for alle vinkler:disse resultater førte til den nye opdagelse, der nu præsenteres. I de kommende generationer af fotoniske integrerede kredsløb (PIC'er), nanokaviteterne forventes at spille en stor rolle i behandlingen af ​​optiske signaler, i informationslagring eller kvantefotoniske enheder.

Undersøgelsen blev udført af gruppen Complex Photonic Systems, sammen med gruppen Mathematics of Computational Science, begge af UT's MESA+ Institute.

Papiret "Tredimensionalt fotonisk båndgab hulrum med endelig støtte:forbedret energitæthed og optisk absorption" dukkede op i Fysisk gennemgang B , Februar 2019 udgave.