Международная исследовательская группа впервые разработала реалистичные фотонные кристаллы времени — экзотические материалы, которые экспоненциально усиливают свет. Этот прорыв открывает захватывающие возможности в таких областях, как связь, визуализация и сенсорика, закладывая основу для более быстрых и компактных лазеров, датчиков и других оптических устройств.
«Эта работа может привести к первой экспериментальной реализации фотонных кристаллов времени, что приведет к их практическому применению и потенциально изменит отрасли. От высокоэффективных усилителей света и передовых датчиков до инновационных лазерных технологий — это исследование бросает вызов границам того, как мы можем контролировать взаимодействие света и материи», — говорит доцент Виктор Асадчий из Университета Аалто, Финляндия.
Фотонные временные кристаллы представляют собой уникальный класс оптических материалов. В отличие от традиционных кристаллов, которые имеют пространственно повторяющиеся структуры, фотонные кристаллы времени остаются однородными в пространстве, но проявляют периодические колебания во времени. Это отличительное качество создает «запрещенные зоны импульса» или необычные состояния, когда свет «останавливается» внутри кристалла, в то время как его интенсивность со временем растет экспоненциально. Чтобы понять особенности взаимодействия света внутри фотонного кристалла времени, представьте себе свет, проходящий через среду, которая переключается между воздухом и водой квадриллионы раз в секунду — замечательное явление, которое бросает вызов нашему традиционному пониманию оптики.
Одним из потенциальных применений фотонных кристаллов времени является наносенсорика.
Представьте, что мы хотим обнаружить присутствие небольшой частицы, такой как вирус, загрязнитель или биомаркер таких заболеваний, как рак. При возбуждении частица будет излучать небольшое количество света на определенной длине волны. Фотонный кристалл времени может улавливать этот свет и автоматически усиливать его, обеспечивая более эффективное обнаружение с помощью существующего оборудования.
Создание фотонных кристаллов времени для видимого света долгое время было сложной задачей из-за необходимости чрезвычайно быстрого, но в то же время большого амплитудного изменения свойств материала. На сегодняшний день самая передовая экспериментальная демонстрация фотонных кристаллов времени, разработанная членами той же исследовательской группы, была ограничена гораздо более низкими частотами в микроволновом диапазоне. В своей последней работе команда, с помощью теоретических моделей и электромагнитного моделирования, предлагает первый практический подход к получению «истинно оптических» фотонных кристаллов времени. Они предсказывают, что особые условия, необходимые для усиления света, которые ранее были недоступны, могут быть наконец достигнуты в лаборатории с использованием известных оптических методов на массиве крошечных кремниевых сфер.
Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241112123307.htm
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
