Топ новостей


РЕКЛАМА



Календарь

Экономика мира » Новости »

Фізики запропонували ефективний нано-перетворювач частоти електромагнітних хвиль

Міжнародна дослідницька команда знайшла спосіб зробити нелінійне перетворення частоти електромагнітних хвиль на наномасштабе ефективніше в 100 разів. Новий метод заснований на використанні одиничних діелектричних наночастинок, що підтримують локалізовані стани в континуумі. Такі стани виникають при взаємному придушенні випромінюючих коливань поля в частці і дозволяють надійно замкнути електромагнітну енергію всередині. Отримані результати можна використовувати для створення мініатюрних перетворювачів частоти світла, нанолазеров. Стаття, опублікована в Physical Review Letters, потрапила на обкладинку журналу. Міжнародна дослідницька команда знайшла спосіб зробити нелінійне перетворення частоти електромагнітних хвиль на наномасштабе ефективніше в 100 разів

Одна з ключових завдань нелінійної нанофотоніки - перетворення частоти електромагнітного випромінювання на наномасштабе. Змінюючи частоту, випромінювання можна перевести з одного діапазону в інший: з терагерцового в інфрачервоний, а з інфрачервоного в видимий. З такою трансформацією добре справляються макроскопічні пристрої, але відтворити їх роботу в масштабах наносвіту непросто.

Справа в тому, що через малих розмірів наночастинки взаємодіють зі світлом за особливими законами. Тому, щоб зробити перетворення частоти світла на наномасштабе ефективніше, потрібно знизити втрати енергії в ході трьох ключових процесів в наночастинок: введення випромінювання, утримання енергії та нелінійного перетворення.

Для вирішення цих завдань міжнародна команда фізиків з Університету ИТМО, Нелінійного оптичного центру Австралійського національного університету і Університету Бресшіа в Італії запропонувала використовувати новий тип резонаторів. Це діелектричні наночастинки у формі диска з високим показником заломлення, які підтримують локалізовані стани в континуумі. Такі стани виникають, коли кілька видів коливань електромагнітної енергії в частці взаємно пригнічують один одного. За рахунок цього енергія світла виявляється «замкнені» всередині частинки.

Теоретично, таким чином енергію можна замкнути назавжди, але для цього потрібні ідеальні резонатори. На практиці «зловити» світло на тривалий, але кінцеве час можна і в одиночній наночастинок. Для цього потрібно знайти оптимальне співвідношення форми, розмірів і матеріалу.

Кирило Кошелев

«Ми описали такі поодинокі діелектричні нанорезонатори в свою минулу роботу, але не проаналізували можливість їх практичного застосування. Тепер, разом з колегами з Італії - Лука Карлетті і професором Костянтино Де Ангеліс - ми розрахували, як резонатор генерує світло з подвоєною частотою. Результати показали, що така структура дозволяє підвищити ефективність нелінійного процесу на два порядки. Правда, все виявилося не так просто: нам довелося шукати оптимальний спосіб введення енергії в резонатор. Ми з'ясували, що в нашому випадку потрібно закрутити падаючу хвилю і змінити її поляризацію так, щоб вона коливалася по дотичній до кола. Це відповідає структурі електромагнітного поля всередині частинки », - розповідає Кирило Кошелев, співробітник Міжнародної лабораторії метаматеріалів Університету ИТМО.

У результаті вченим вдалося домогтися рекордної ефективності подвоєння частоти світла діелектричними наночастинками. Замість сотої частки відсотка в ході перетворення зберігається кілька відсотків енергії світла. Такі значення потенційно дозволяють детектувати перетворене випромінювання, а значить, запропонований метод можна використовувати в практичних роботах.

«Ми запропонували спосіб створення нано-перетворювачів світла, які можна буде використовувати для різних застосувань. Наприклад, для плоских лінз в приладах нічного зору, які будуть переводити інфрачервоне випромінювання в видиме світло. При цьому обраний нами діелектричний матеріал, арсенід алюмінію-галію, має відпрацьовану технологію виробництва і доступний для різних лабораторій. Це має сприяти розвитку подальших досліджень в області нелінійної нанофотоніки, а також розширенню сфери застосувань нелінійних нано-перетворювачів випромінювання », - додає Юрій Ківшар, співкерівник Центру нанофотоніки і метаматеріалів Університету ИТМО, професор Австралійського національного університету.

Посилання : Giant nonlinear response at the nanoscale driven by bound states in the continuum. Luca Carletti, Kirill Koshelev, Costantino De Angelis, Yuri Kivshar. Physical Review Letters, 19th July, 2018.

Дослідження було підтримано грантом Російського Наукового Фонду №17-12-01581.


Реклама



Новости