Konstruerede strukturer, der kan ændre lysets hastighed, kan gavne optiske kommunikationssystemer

Forskere ved A*STAR Institute of High Performance Computing har udviklet en metode til at designe materialer, der er i stand til at bremse lysets udbredelse over en lang række bølgelængder.

Lysets hastighed i et vakuum er altid konstant - et grundlæggende begreb gjort berømt af Albert Einstein. Men lys formerer sig langsommere, når det kommer ind i et andet medium, såsom glas. I hvilken grad hastigheden reduceres, er givet ved et materiales dielektriske konstant - en højere dielektrisk konstant indikerer langsommere formering. I stedet for at stole på en begrænset kilde til naturlige stoffer, forskere er begyndt at designe optiske materialer med en bredere vifte af gavnlige egenskaber, herunder 'langsomt' lys.

En tilgang er at kombinere to materialer med forskellige dielektriske konstanter til en periodisk struktur. Dette kan resultere i egenskaber, der dramatisk afviger fra de bestanddele, især når længdeskalaen for periodiciteten ligner lysets bølgelængde. "Disse såkaldte fotoniske krystaller, når det er hensigtsmæssigt designet og under ideelle forhold, kan næsten stoppe udbredelsen af ​​lys helt, "siger en*STAR -videnskabsmand Gandhi Alagappan.

Kravet om, at strukturens periodicitet svarer til bølgelængden af ​​interesse, imidlertid, er en begrænsning for praktiske anvendelser. Det betyder, at de fleste af disse materialer kun fungerer med lys af en enkelt farve. Alagappan og hans medarbejder Jason Ching Png har nu udviklet et skema til design af fotoniske krystaller, der opererer over et bredere område af bølgelængder.

Alagappan og Png betragtede en struktur, hvor to forskellige materialer er lagdelt oven på hinanden. For at opnå to forskellige periodiciteter, imidlertid, et tredje materiale med en dielektrisk konstant midtvejs mellem de to andre materialer ville typisk være nødvendig. Dette gør det fysisk vanskeligt at skabe strukturen. Forskerne fokuserede i stedet på at udvikle en matematisk teknik til at kombinere to materialer på en sådan måde, at den dielektriske profil i stablingsretningen er næsten den samme som i den mere komplicerede trematerialestruktur (se billede).

Alagappan og Png simulerede de optiske egenskaber ved deres kombinerede fotoniske krystal. De identificerede en bred vifte af bølgelængder kendt som det stærke koblingsområde, der har en høj densitet af langsomme tilstande.

"Vi har opfundet en lineær optisk multi-skala arkitektur, der letter oprettelsen af ​​bredbånd langsomt lys, "siger Alagappan." Den foreslåede struktur kan potentielt revolutionere de nuværende optiske bufferteknologier. "