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一种限制光线的新方法可以保护光线使其对材料缺陷不敏感

发布:optics1    |    2018-06-14 00:42    阅读:521
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来自美国宾夕法尼亚州斯泰特科利奇的报道,2018年6月11日

通常情况下,光通过存在缺陷的材料时会受其缺陷的影响。近期,研究人员找到了一种可以保护光线的方法,使得光线能对这种材料的缺陷不敏感。这种新方法是基于一个广泛应用于固态电子物理学的概念——“拓扑保护”。这种方法可以帮助降低光子器件的成本,同时也会提高它们的工作速度。

一个联合了宾夕法尼亚州立大学、匹兹堡大学和伊利诺伊大学研究人员的合作团队在实验中利用了一个波导晶格结构,成功地保护了中间禁带的模态频率,并把光子缺陷模式的体积最小化。在实验中,光从波导阵列的一端进入,当它在波导中传播时会被捕获和限制,被捕获的光线能不受波导中的缺陷影响,并且能够承受晶格结构中的明显缺陷。

图1 该图为拓扑晶体绝缘体晶格几何中的波导阵列的截面显微镜图像。新的研究表明,这种配置结构允许研究人员以一种新的方式限制光线,最终能使光线对材料的缺陷变得不敏感,这一进展可能会促使光子器件的成本降低,同时提高它们的工作效率,如激光器和光纤。在此致谢提供图片的宾夕法尼亚州立大学Rechtsman实室

研究人员表示,光线之所以会变得对缺陷不敏感,是源于一种以“拓扑保护”著称的现象。Mikael Rechtsman教授称:“波导结构其实是所谓拓扑晶体绝缘体的光子模拟物,可以预见,这种拓扑保护的形式会在一系列光子器件中存在巨大的潜在使用价值,如纳米激光器和专用非线性光纤,它还可以让处理量子信息的光子和电子之间稳健且精确地耦合。”

研究人员通过观察被限制在阵列角落的拓扑零模是否存在,在飞秒激光写入的波导阵列中展示了这种方法。能保护嵌入二维环境中的零维状态的拓扑不变量确保了该模式的稳健性,据研究人员介绍,这个实验证明了一种以前没有被展示过的拓扑保护形式。

这种限制光线的方法可以降低光子器件的生产成本,同时提高它们的工作效率。该实验展示了拓扑保护在光子学联合固态电子学的应用,提供了拓扑保护在跨学科领域的潜在应用实例,并展示了这一现象在电子固体物理之外的其他领域的广泛适用性。

Rechtsman教授强调,捕捉光线并将其限制在非常小的空间中是意义非凡的,同时它也具有很大的挑战性。他说:“这种方法能将最大的光功率压缩到材料内部最小的区域或体积中,使其与材料发生更强的相互作用,因此无论我们要利用光线做什么,工作效率都是能提高的。但这种方法目前面临的主要困难是,过强的限制会使得光线对材料中的任何缺陷都极度敏感,这往往会抑制器件的效率或最终使得器件的制造成本非常昂贵。但根据目前我们的研究结果,我们可以克服这一困难。”

这项研究发表在了《NaturePhotonics》上。

来源: https://www.photonics.com/a63534/New_Approach_Contains_Light_Protects_It_from?refer=picks

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