首页 > 资讯 > 消息正文

零折射率波导:研究人员首次直接观察到无限长波长

发布:opticsphotonics    |    2017-10-11 10:12    阅读:836
分享:
      

零折射率波导与现有硅光子技术可以兼容。援引:Second Bay 工作室 / 哈佛大学工程与应用科学学院

2015年,哈佛大学工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员John A. Paulson研制出了第一个芯片上折射率为零的超材料,这意味着光的相位可以无限延长。超材料代表了一种操纵光的新方法,它是使用光而不是电来实现各种功能,它的发现促使集成光路迈出了重要一步。

现在,SEAS的研究人员进一步推动了这项技术,即开发一种与目前的硅光子技术兼容的零折射率波导。在这种情况下,研究团队观察到了一个通常难以察觉的物理现象——驻波。

这项研究发表在《ACS Photonics》上。哈佛科技发展办公室已经申请了专利,并且正在探索其商业化的机会。

当光波通过一种材料时,其波峰和波谷会被压缩或拉伸,这取决于材料的性质。光波波峰的压缩量表示为一个比值,称为折射率——折射率越大表示压缩的越多。

当折射率降低到零时,光不再像一个移动的波那样以一系列波峰和波谷的形式传播,而是称为相位。相反,当波被无限制的拉伸时,则形成了一个固定相位。此时相位仅随着时间的变化而不是空间变化振荡。

这对于集成光子学来说是令人激动的,因为大多数光学器件利用的是两个或多个波之间的相互作用,当它们穿过通路时,它们需要同步地传播。如果波长是无限长的,则匹配光波长的相位就不是问题,因为光场在任何地方都是相同的。

但是在2015年取得初期的突破性进展之后,研究团队陷入了困境。因为团队使用棱镜来测试芯片上的光线是否真的无限延伸,实验中所有的设备都是以棱镜的形式制造的。但棱镜对于集成电路来说不是特别有用的形状。该团队希望开发一种可以直接插入现有光子回路的器件,因此最有用的形状是直导线或波导。

实时未经加工的,采用红外摄像机拍摄的具有15微米长、零折射率波导的驻波的图像。感知到的抖动是由大气对独立式光纤的扰动引起的,这些光纤将光耦合到芯片上,改变了两个入射光束之间的相对相位。援引:哈佛大学工程与应用科学学院

由巴尔坎斯基物理学教授埃里克?马祖尔(Eric Mazur)领导的研究人员制备了一个波导,但是没有棱镜的帮助,找不到简单的方法来证明其折射率为零。然后,博士后研究员Orad Reshef和Philip Camayd-Mu?oz想到了一个主意。

通常,光的波长太小,振荡太快,只能平均地测量。实际看到波长的唯一方法是使两个波产生干涉。

想象一下吉他上的琴弦,它固定在两边。当弦被拔动时,波穿过琴弦,击中另一侧的弦钉,并反射回来——以产生相同频率相反方向上传播的两个波。这种干涉称为驻波。

Reshef和Camayd-Mu?oz对波导中的光产生了同样的想法。他们用穿过设备的相反方向的光束来约束光,以产生驻波。单个波仍然振荡很快,但是它们在相反的方向上以相同的频率振荡,这意味着在某些点,它们相互抵消,在另外一些点,它们又彼此叠加,从而产生全明或全暗的图案。而且,由于零折射率材料,该团队能够将波长拉伸到足够大而被观察到。

这可能是第一次具有无限长波长的驻波被观察到。

Reshef最近在渥太华大学接受了一个职位,他表示:“我们能够观察到令人叹为观止的零折射率。”“光波特征通常太小而不能直接检测,但通过穿过这样一个低折射率的介质,这些波的特征被扩展,就可以用普通的显微镜看到它们。”

Camayd-Mu?oz说:“这为硅光子学工具箱增加了一项重要的工具。“在零折射率体系中存在着奇特的物理学,现在我们将其引入到集成光子学。这是重要的一步,因为这意味着我们可以直接进入传统的光学器件,并找到零折射率现象的实际用途。未来,量子计算机可能基于通过光通信的激发原子网络。原子的相互作用范围大致等于光的波长。通过使波长增大,我们可以通过远程的相互作用来扩展量子器件。”

来源:https://phys.org/news/2017-10-zero-index-waveguide-infinitely-wavelengths.html

本文受译者委托,享有该文的专有出版权,其他出版单位或网站如需转载,请与本站联系,联系email:mail@opticsjournal.net。否则,本站将保留进一步采取法律手段的权利。

免责声明

网站内容来源于互联网、原创,由网络编辑负责审查,目的在于传递信息,提供专业服务,不代表本网站及新媒体平台赞同其观点和对其真实性负责。如因内容、版权问题存在异议的,请在20个工作日内与我们取得联系,联系方式:021-69918579。网站及新媒体平台将加强监控与审核,一旦发现违反规定的内容,按国家法规处理,处理时间不超过24小时。