Krzemowe nanofilary mogą sterować światłem podczerwonym

Artykuły
Brak komentarzy
Drukuj

Teoretycy z Chin oraz USA uważają, że światło podczerwone przechodzące przez krzemowy nanofilar (ang. silicon nanopillar) może zostać ugięte o kąt 90o, bez wykorzystywania do tego celu zjawiska odbicia światła. Jeżeli odkrycie to zostanie potwierdzone doświadczalnie, zaoferuje nowe możliwości sterowania wiązką światła w układach fotonicznych oraz sieciach optycznych.

Junjie Du z Chinese Academy of Sciences z Szanghaju wraz z innymi badaczami rozważali konsekwencje oświetlania układu 15 nanofilarów, ułożonych w sposób liniowy, światłem podczerwonym o dwóch długościach fali – 1550 nm i 2362 nm, padającym pod kątem 45o. Rozważania te dotyczyły krzemowych nanofilarów o grubości pół mikrona, które charakteryzują się mniejszymi stratami absorpcji światła w porównaniu z ich metalicznymi odpowiednikami, używanymi do produkcji tzw. metamateriałów.

układ modulatorów sterujących światłem emitowanym przez laser
Wafel krzemowy wyprodukowany przez firmę Oclaro zajmującą się produkcją elementów optycznych i laserowych. Chip widoczny na zdjęciu zawiera modulatory sterujące światłem emitowanym przez laser. Jeżeli teoria związana z potencjalnym wykorzystaniem krzemowych nanofilarów okazałaby się prawdziwa, wówczas manipulacja światłem mogłaby stać się o wiele bardziej precyzyjna. W obecnie wykorzystywanej technologii każdy modulator ma 7 mm długości, czyli znacznie więcej niż wynosi rozmiar pojedynczego krzemowego nanofilara.

Rezonujące nanofilary

Zdaniem naukowców, każdy nanofilar pobudzany światłem podczerwonym będzie z nim rezonować tworząc, w efekcie, falę stojącą. W związku z tym, każdy nanofilar będzie można traktować jak antenę, czyli układ pochłaniający i emitujący światło w postaci fal stojących o określonej symetrii. W zależności od kierunku padania światła, promieniowanie emitowane przez nanofilary będzie ulegać konstruktywnej, bądź destruktywnej interferencji.

Zespół Du odkrył, że krzemowe nanofilary pobudzane światłem podczerwonym o długości fali λ  = 1550 nm, rezonują podobnie jak dipol elektryczny. Jeżeli nanofilary zostaną dodatkowo ułożone w jednej linii, światło emitowane przez każdy taki dipol będzie ulegać konstruktywnej interferencji, która spowoduje pojawienie się pojedynczej wiązki światła po tej samej stronie normalnej padania, co padająca wiązka(zobacz: rysunek poniżej).

sposób oddziaływania światła podczerwonego z krzemowym nanofilarem
Diagram przedstawiający sposób oddziaływania światła podczerwonego z krzemowym nanofilarem. Według przewidywań układ składający się z piętnastu takich nanofilarów mógłby sterować światłem podczerwonym o długości fali λ  = 1550 nm.

Praktyczne korzyści?

Do tej pory zaproponowanych zostało kilka technologii, które potencjalnie mogłyby być wykorzystane do manipulowania wiązką światła w układach fotonicznych. Dwie z nich opierają się na wykorzystaniu płaskiej siatki dielektrycznej oraz znacznie zminiaturyzowanej wersji anteny Uda-Yagi – anteny popularnej wśród amatorów radiowych. Zdaniem Du, produkcja tych struktur jest jednak bardzo skomplikowana, ponieważ wspomniane obiekty zawierają dużą ilość elementów o różnych rozmiarach. Z kolei wytworzenie nanofilarów jest stosunkowo łatwe, ponieważ każdy filar posiada taki sam promień.

Zespół Du pracuje obecnie nad zastosowaniem swojej teorii dla przypadku, w którym nanofilary krzemu miałyby długość 4 μm. „Planujemy zbadać rolę symetrii w innych rezonansowych modach, aby i w takich przypadkach można było manipulować wiązką optyczną”, powiedział Du.

Artykuł pochodzi ze strony: physicsworld.com

Tagi:

Dodaj komentarz