Cercetătorii în fotonică au introdus o nouă metodă de a controla un fascicul de lumină cu un alt fascicul printr-o metasuprafață plasmonică unică într-un mediu liniar la putere ultra-scăzută. Această metodă simplă de comutare liniară face ca dispozitivele nanofotonice, cum ar fi sistemele de calcul optice și de comunicații, să fie mai durabile, necesitând o intensitate scăzută a luminii.
Comutarea totală optică este modularea luminii de semnal datorită luminii de control, astfel încât să posede funcția de conversie ON/OFF. În general, un fascicul de lumină poate fi modulat cu un alt fascicul laser intens în prezența unui mediu neliniar.
Metoda de comutare dezvoltată de cercetători se bazează în mod fundamental pe fenomenul optic cuantic cunoscut sub numele de Enhancementof Index of Refraction (EIR).
„Lucrarea noastră este prima demonstrație experimentală a acestui efect asupra sistemului optic și a utilizării acestuia pentru comutarea liniară integrală. utilizând orice mediu de câștig sau procese neliniare”, spune Humeyra Caglayan, profesor asociat (întreprindere) în Fotonică la Universitatea Tampere.
Comutare optică activată cu viteză ultrarapidă
Comutarea de mare viteză și mediul cu pierderi reduse pentru a evita disiparea puternică a semnalului în timpul propagării sunt baza pentru dezvoltarea tehnologiei fotonice integrate în care fotonii sunt utilizați ca purtători de informații în loc de electroni. Pentru a realiza rețele de comutare ultrarapide integrale pe cip și unități centrale de procesare fotonice, comutarea integrală optică trebuie să aibă un timp de comutare ultrarapid, o putere de control de prag ultrascăzută, o eficiență de comutare ultraînaltă și dimensiunea caracteristicilor la scară nanometrică.
„Comutarea între valorile semnalului 0 și 1 este fundamentală în toate dispozitivele electronice digitale, inclusiv computerele și sistemele de comunicații. În ultimele decenii, aceste elemente electronice au devenit treptat mai mici și mai rapide. De exemplu, calculele obișnuite făcute cu computerele noastre la comandă. de secunde nu s-ar putea face cu computerele vechi de dimensiunea unei camere nici în câteva zile!" remarcă Caglayan.
În electronica convențională, comutarea se bazează pe controlul fluxului de electroni pe scara de timp a intervalului de microsecunde (10-6 sec) sau nanosecunde (10-9 sec) prin conectarea sau deconectarea tensiunii electrice.
„Cu toate acestea, viteza de comutare poate fi crescută la o scară de timp ultrarapidă (femtosecundă 10-15 sec) prin înlocuirea electronilor cu plasmoni. Plasmonii sunt o combinație de fotoni și o colecție de electroni pe suprafața metalelor. Acest lucru permite comutarea optică cu dispozitivul nostru cu viteze femtosecunde (10-15 sec)”, afirmă ea.
"Nano-switch-ul nostru plasmonic constă dintr-o combinație în formă de L de nanorod-uri metalice. Unul dintre nanorods primește un semnal polarizat liniar, iar celălalt primește un alt fascicul de "control" polarizat liniar perpendicular pe primul fascicul", spune cercetătorul postdoctoral Rakesh Dhama. , primul autor al articolului.
Polarizarea înseamnă direcția în care oscilează câmpul electric al fasciculului. Fasciculul de control poate atenua sau amplifica semnalul în funcție de diferența de fază dintre fascicule. Diferența de fază se referă la diferența de timp când fiecare fascicul atinge intensitatea maximă. Amplificarea semnalului are loc datorită transferului unei anumite energii optice de la fasciculul de control la semnal printr-o suprapunere constructivă cu o diferență de fază atent proiectată.
Îmbunătățirea performanței dispozitivelor plasmonice
În mod similar, atenuarea semnalului se realizează prin suprapunere distructivă atunci când fasciculele au diferența de fază opusă. Această descoperire face ca dispozitivele nanofotonice, cum ar fi sistemele de calcul optice și de comunicații, să fie mai durabile, necesitând o intensitate scăzută a luminii. Această metodă simplă de comutare liniară le poate înlocui pe cele actuale de procesare optică, de calcul sau de comunicare prin accelerarea dezvoltării și realizării sistemelor plasmonice la scară nanometrică.
„Ne așteptăm să vedem în viitor studii suplimentare ale structurilor plasmonice care utilizează metoda noastră de comutare îmbunătățită și, eventual, utilizarea metodei noastre în circuitele plasmonice. impulsuri laser femtosecunde și pentru a investiga îmbunătățirea neliniară și controlul nanoparticulelor plasmonice”, notează Humeyra Caglayan.
Controlul răspunsului neliniar al nanostructurilor oferă aplicații și funcționalități și mai interesante dispozitivelor nanofotonice, cum ar fi sistemele de calcul și comunicații optice.
„Această abordare are, de asemenea, potențialul de a îmbunătăți performanța dispozitivelor plasmonice prin crearea de transparență în bandă largă pentru un fascicul de semnal fără niciun mediu de câștig. Poate deschide mai multe moduri de a proiecta elemente fotonice inteligente pentru fotonica integrată”, subliniază ea.
Cercetarea a primit finanțare de la Cercetarea Europeană H2020
Sursa povestirii:
Materiale oferite de Universitatea Tampere. Notă: conținutul poate fi editat pentru stil și lungime.
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu