Международная группа исследователей представила инновационную разработку, которая обещает улучшить работу лазеров, датчиков и коммуникационных технологий. Кристаллы, полученные в ходе исследований, могут быть использованы в различных областях, таких как зондирование и передача сообщений.
«Эта работа может стать шагом к первой экспериментальной реализации фотонных временных кристаллов, что откроет путь их практическому применению и может радикально изменить промышленность», — отметил доцент Университета Аалто, Виктар Асадчи. — «От высокоэффективных усилителей света до передовых датчиков и лазерных технологий — это исследование ставит под сомнение наши текущие представления о том, как можно управлять взаимодействием света и материи».
Фотонные временные (темпоральные) кристаллы — это уникальные оптические материалы. В отличие от обычных кристаллов, которые имеют повторяющиеся структуры в пространстве, фотонные временные кристаллы остаются однородными в пространстве, но периодически колеблются во времени. Это создает так называемые «импульсные разрывы» — состояния, когда свет фактически замедляется внутри кристалла, а его интенсивность увеличивается экспоненциально.
Одним из потенциальных применений фотонных временных кристаллов является нано-зондирование. «Представьте, что нам нужно обнаружить присутствие малой частицы, например, вируса, загрязнителя или биомаркера, связанного с такими заболеваниями, как рак. Когда частица активируется, она излучает небольшой поток света с определенной длиной волны. Фотонный временной кристалл способен улавливать этот свет и автоматически усиливать его, что обеспечивает более эффективное обнаружение с помощью существующего оборудования», — поясняет Асадчи.
Создание фотонных временных кристаллов для видимого света было сложной задачей из-за необходимости быстрого и значительного изменения свойств материала. До недавнего времени исследовательские достижения в этой области ограничивались более низкими частотами, такими как микроволны. В своей новой работе команда представила первый практический подход к созданию «истинно оптических» фотонных кристаллов времени, используя теоретические модели и электромагнитное моделирование.
Используя крошечные кремниевые сферы, исследователи предсказывают, что уникальные условия, ранее недоступные для усиления света, теперь могут быть воссозданы в лаборатории с помощью доступных оптических методов.
Кроме того, недавно исследователи из Швеции разработали систему оптических каналов связи, которая может значительно ускорить передачу данных через спутники. Эта система сочетает бесшумный усилитель и сверхчувствительный приемник, что делает связь быстрее и надежнее.