Midlertidig kontrol af lysekko

Forskere ved Paderborn Universitet, det tekniske universitet i Dortmund og universitetet i Würzburg har for første gang brugt laserimpulser til præcist at kontrollere fotonekkoer, som kan opstå, når lysbølger overlejrer hinanden. Resultaterne af forskningen er nu blevet offentliggjort i videnskabeligt tidsskrift Kommunikationsfysik .

Professor Torsten Meier fra Paderborn Universitet siger:"Råb ind i skoven og et lignende ekko vil vende tilbage, " eller 'det, der går rundt, kommer rundt' er ikke kun et velkendt tysk ordsprog, men er også bogstaveligt sandt. Når en lydbølge reflekteres, resulterer et ekko. Hvornår præcist kommer tilbage, imidlertid, afhænger af skoven, men først og fremmest på afstanden mellem den, der ringer og refleksionsstedet. Forestil dig bare, at du kunne skræddersy, når du ville have ekkoet til at vende tilbage til dig. "

Et team af videnskabsmænd har nu opnået dette resultat for optiske signaler:Forskerne fandt en måde at kontrollere fotonekkoer udsendt af halvlederkvanteprikker med sub-sekunds præcision.

Meier forklarer:"Optiske ekkoer er noget anderledes end konventionelle akustiske ekkoer, fordi de ikke er genereret af refleksion af bølger, men snarere i en ikke-lineær optisk proces. To korte laserpulser sendes til en prøve:Den første repræsenterer signalet og den anden skoven. Dette giver mulighed for refleksion. Når forsinkelsestiden for disse impulser fordobles, en ny lyspuls, fotonekkoet, udsendes af systemet udsat for lyset. "

Ved hjælp af en yderligere kontrolimpuls, forskerne var i stand til at kontrollere dette fotonekko inden for picosekunderområdet (dvs. 10 ^-12 sekunder), og derved forsinke det til et ønsket tidspunkt. Sådan kontrol er især relevant for nanofotoniske kredsløb, hvor flere optiske systemer skal synkroniseres præcist med hinanden.

Den teoretiske forudsigelse af effekten er udviklet i professor Torsten Meiers forskningsgruppe. En stor udfordring var den eksperimentelle implementering, som blev udført i forskningsgruppen ledet af professor Ilya Akimov fra Technical University of Dortmund:"Den tidsmæssige kontrol af optiske ekkoer er en meget dynamisk effekt, hvorved kontrolimpulsen praktisk talt sætter systemet på pause, "siger Hendrik Rose, en ph.d. elev i Paderborn. Alexander Kosarev, en ph.d. studerende ved det tekniske universitet i Dortmund, tilføjer:"Denne effekt blev for nylig teoretisk forudsagt, blev succesfuldt implementeret eksperimentelt af os og tilbyder et væld af muligheder for at manipulere lysemissioner fra halvledersystemer. "De anvendte prøver blev produceret i professor Sven Höflings (University of Würzburg) forskergruppe.

Baseret på denne første demo, forskerne ønsker nu at optimere effekten, for eksempel, ved at øge tidsforsinkelserne. Fænomenet skal videreudvikles til nye applikationer inden for fotoniske kvanteteknologier, som er genstand for intensiv forskning ved Institute for Photonic Quantum Systems (PhoQS) ved Paderborn University.