Kontrola światła w innowacyjnych strukturach fotonicznych
W ciągu ostatniej dekady aktywnie sterujące pola optyczne w różnych ośrodkach fotonicznych cieszyły się ogromnym zainteresowaniem jako przedmiot zarówno badań podstawowych, jak i stosowanych. Nowe rodzaje ośrodków fotonicznych, w tym kryształy fotoniczne, nanomateriały czy materiały plazmonowe, dzięki swej zdolności do rozszczepienia, zaginania i przechowywania światła, zapewniają światłu nowy stopień swobody. Na przykład, możliwe stało się badanie wielu złożonych wzorców światła, takich jak przyspieszone wiązki, wiązki nieulegające dyfrakcji, wiry optyczne przenoszące światło oraz orbitalny moment pędu światła, co pozwoli wykorzystać je w systemach komunikacyjnych, przetwarzaniu informacji kwantowych i sygnałów on-chip. W ramach finansowanego przez UE projektu STRUCTURED LIGHT (Structured light in photonics media) naukowcom udało się opracować zasadniczo nowe sposoby na kontrolowanie światła. Skupiono się na wykazaniu właściwości propagacyjnych światła w momencie jego zamknięcia w izolatorach topologicznych, ruchu w zakrzywionej przestrzeni czy pod wpływem sztucznego pola cechowania. W badaniach nad propagacją światła w izolatorach topologicznych siatki kwazikrystaliczne posłużyły za nowy ośrodek fotoniczny. W odniesieniu do studiów nad transportem stanów brzegowych naukowcy wykazali, że możliwe jest przechowywanie, uwalnianie i rozpraszanie topologicznych stanów brzegowych na płaskich pasmach, co umożliwia kontrolowanie topologicznego światła w nowy sposób. Topologiczny zabezpieczony transport zademonstrowano również w siatkach fotonicznych, zachowujących symetrię czasoprzestrzenną. W oparciu o te ustalenia naukowcy zaproponowali pierwszy topologiczny system laserowania, który jest znaczącym krokiem naprzód, jeśli chodzi o wykorzystanie właściwości topologicznych w urządzeniach optycznych. Przy użyciu powierzchni kulistych zespół naukowców zaprezentował, w jaki sposób światło rozchodzi się w zakrzywionych przestrzeniach. Wiązki światła nieulegające dyfrakcji z przyspieszającymi płatami rozchodziły się wzdłuż torów całkowicie odbiegających od linii prostej, biegnącej z punktu A do punktu B. Naukowcy wykazali również, że poprzez dostosowanie krzywizny trójwymiarowych struktur nanofotonicznych nowej klasy mogą uzyskać kontrolę nad trajektorią wiązki światła, tempem rozchodzenia się światła oraz nad prędkością fazową i grupową. Po raz pierwszy naukowcy zaprezentowali sposób, w jaki światło rozchodzi się w strukturach kompozytowych pod wpływem sztucznych pól cechowania. Ten nowy system falowodu optycznego umożliwia zatrzymywanie światła na chipach i manipulowanie nim. Podsumowując, w ramach projektu STRUCTURED LIGHT naukowcy badali innowacyjne nanostruktury optyczne, które pozwalają na kontrolowanie światła i manipulowanie nim. Wnioski z badań oznaczają nowe możliwości dla szeregu zastosowań, takich jak systemy informatyczne i komunikacyjne, mikroskopy i mikroobróbka.
Słowa kluczowe
Kontrola światła, struktury fotoniczne, STRUCTURED LIGHT, izolatory topologiczne, sztuczne pola cechowania
