Indesluttende lys til brug i nanofotoniske enheder

"Der er et stærkt ønske om at lave mindre og mindre enheder, " fortæller Hui Cao til PhysOrg.com. "Men, der er begrænsninger for, hvad vi kan gøre. Vi vil have hurtigere enheder end hvad vi kan få fra elektronik, så vi søger fotonik. Desværre, fotonik, mens de har potentialet til at være meget hurtigere, er større i størrelsen. Enheder, der bruger elektroner, er mindre, på nanoskalaen, mens fotoniske enheder stadig er på mikroskalaen defineret af lysets bølgelængde."

Cao er videnskabsmand ved Yale University, og hun forklarer, at det største problem med at skabe fotoniske enheder i nanoskala til at erstatte elektroniske enheder, som i optiske forbindelser, er, at lyset ikke forbliver begrænset på nanoskalaen. "Fotonerne lækker hurtigt ud, så der skal være en måde at holde dem på plads, så der er tid nok til, at de kan udføre funktioner. Det er også nødvendigt at lave små lyskilder, såsom nanolasere på chips, " hun siger.

I et forsøg på at flytte nanofotoniske enheder et skridt nærmere realisering, Cao og Q.H. Sang, også på Yale, udarbejdet en måde, hvorpå det kunne være muligt at begrænse lys i nanostrukturer. Deres arbejde er beskrevet i Physical Review Letters:"Improving Optical Confinement in Nanostructures via External Mode Coupling."

"Overvej to tilstande, som begge er ret utætte, " Cao forklarer. "Der er en A-tilstand og en B-tilstand. Disse to tilstande kan kobles sammen, så tilstand A giver en del af sin utæthed til tilstand B. Mode A bliver mindre utæt, mens tilstand B bliver mere utæt. Som resultat, du har effektivt øget levetiden for tilstand A."

Forøgelsen af ​​levetiden for en af ​​tilstandene i denne kobling giver lige det, der er nødvendigt for at skabe en situation, hvor lyset er begrænset. "Det siver ikke længere så meget ud for lys i tilstand A, og der er mere tid til at udføre funktioner, " siger Cao. Hun påpeger også, at denne type ekstern kobling har været vellykket på andre områder. "Det er noget grundlæggende, og når du først har evnen til at holde lys i en nanostruktur, det bliver muligt at overveje mindre fotoniske enheder med hastighedsegenskaber ud over vores nuværende elektroniske enheder."

Indtil nu, Cao og Song har kun præsenteret deres ideer i form af numeriske simuleringer. "Vi har ikke eksperimentelle resultater endnu, men vores omfattende numeriske beregninger indikerer, at dette burde være muligt, og et lignende koncept er blevet brugt på andre områder, såsom resonansfangst i atom- og molekylfysik. Imidlertid, denne tilgang er ikke blevet brugt i nanofotonik endnu."

Cao mener, at de største hindringer for eksperimenter med denne idé omfatter fin kontrol over nanostrukturer, samt adgang til de rette faciliteter. "Der er en udfordring i finkontrol af nanostrukturer, men teknologien findes til at overvinde dette, " siger Cao. "Vi leder primært efter adgang til den slags faciliteter, der kan fremstille den type struktur, vi foreslår. Jeg tror, ​​at denne form for struktur kan laves ved hjælp af nanofabrikationsteknologi, med den rigtige opsætning."

Så længe et eksperiment kan udføres for at sikkerhedskopiere de numeriske simuleringer udført af Cao og Song, der er en chance for, at denne teknik kan hjælpe med at fremme brugen af ​​nanofotoniske enheder. "Det er en slags roman, måden vi bruger grundlæggende fysik til at løse dette problem, " siger Cao. "Det er også realistisk, og noget, der praktisk talt kunne bruges i nanoteknologiens fremskridt."

Copyright 2010 PhysOrg.com.
Alle rettigheder forbeholdes. Dette materiale må ikke offentliggøres, udsende, omskrevet eller omdistribueret helt eller delvist uden udtrykkelig skriftlig tilladelse fra PhysOrg.com.