Lichtsteuerung in neuartigen photonischen Strukturen
In den letzten zehn Jahren war die aktive Steuerung optischer Felder in verschiedenen photonischen Medien von großem Interesse für Grundlagenforschung und angewandte Forschung. Mit ihrer Fähigkeit Licht zu spalten, zu biegen und zu speichern, statten neue Arten von photonischen Medien einschließlich photonischer Kristalle, Metamaterialien oder plasmonische Materialien das Licht mit neuen Graden der Freiheit aus. Beispielsweise ist es möglich, eine Reihe von komplexen Lichtmustern, wie beispielsweise Beschleunigungsbalken, nichtgebeugten Strahlen, lichtführende optischen Wirbel und Bahndrehimpuls zu untersuchen, was den Weg zu spannenden Anwendungen in Kommunikationssystemen, Quanteninformationen und On-Chip-Signalverarbeitung ebnet. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts STRUCTURED LIGHT (Structured light in photonics media) gelang es den Wissenschaftlern, das Licht grundsätzlich neu zu beherrschen. Der Schwerpunkt lag auf der Veranschaulichung der Ausbreitungseigenschaften von Licht, wenn es in topologischen Isolatoren gefangen wurde, sich im gekrümmten Raum oder unter künstlichen Messfeldern bewegte. Quasikristall-Gitter dienten als ein neues photonisches Medium, um die Ausbreitung von Licht in topologischen Isolatoren zu untersuchen. Wissenschaftler haben gezeigt, dass es möglich ist, topologische Randzustände in flachen Bändern zu speichern, freizugeben und zu streuen, was neue Möglichkeiten zur Steuerung topologischer Beleuchtung ermöglicht. Topologisch geschützter Transport wurde auch in photonischen Gittern mit Raum-Zeit-Reflexionssymmetrie demonstriert. Basierend auf diesen Befunden schlugen die Wissenschaftler das erste topologische Lasersystem vor, welches ein wichtiger Schritt bei der Integration topologischer Eigenschaften in optische Geräte ist. Mit sphärischen Flächen demonstrierte das Team, wie sich Licht in gekrümmten Räumen ausbreitet. Nicht-brechende Lichtstrahlen mit beschleunigenden Keulen, die sich auf Trajektorien ausbreiten, die sich völlig von einer geraden Linie von einem Punkt A zu einem Punkt B unterscheiden. Die Wissenschaftler zeigten auch, dass sie durch die Manipulierung der Krümmung einer neuen Klasse von 3D nanophotonischen Strukturen die Kontrolle über die Lichtbahn, die Beugungsrate und die Phase und Gruppengeschwindigkeit gewinnen können. Zum ersten Mal haben Wissenschaftler gezeigt, wie sich Licht in Verbundstrukturen in künstlichen Messfeldern ausbreitet. Dieses neue Schema des optischen Wellenleiters ermöglicht es, das Licht auf Chips zu beschränken und zu manipulieren. Insgesamt untersuchte das STRUCTURED LIGHT-Team innovative optische Nanostrukturen, die die Steuerung und Manipulation von Licht ermöglichen. Die Projektergebnisse bieten neue Möglichkeiten für eine Vielzahl von Anwendungen wie Informations- und Kommunikationssysteme, Mikroskopie und Mikrobearbeitung.
