Chování vln ve výjimečných bodech zlepší optickou komunikaci a výkon senzoru

Fyzici z NIST studovali miniaturní systém rozptylu světla – ultratenkou vrstvu nitridu křemíku.

umístěný na křemíkovém čipu.Po celé délce nitridu jsou aplikovány těsně rozmístěné periodické drážky. Tyto drážky vytvářejí difrakční mřížku, zařízení, které rozptyluje světlo různých barev pod různými úhly a nitrid křemíku směruje přicházející světlo. Mřížka rozptyluje většinu světla nahoru, kolmo k zařízení, což by mělo způsobit exponenciální rozpad světelné vlny.

Toho si vědci všimli nejvícePři experimentech se světlo chová „jak se očekávalo“ a rychle slábne. Pokud se však šířka drážek téměř rovnala vzdálenosti mezi nimi, při určité vlnové délce infračerveného světla jeho intenzita klesala lineárně, nikoli exponenciálně. Zároveň mírné změny vlnové délky nebo vzdálenosti mezi drážkami vrátily systém do exponenciálního rozpadu.

Vědci si toho také pokaždé všimliintenzita toku šířícího se po mřížce se změnila z exponenciální na lineární, světlo rozptýlené nahoru vytvořilo široký paprsek se stejnou intenzitou v celém rozsahu.

Zdroj: S. Kelley/NIST

Potřeboval výzkumný tým NISTněkolik let vyvinout teorii, která by mohla vysvětlit podivný jev. Vědci se domnívají, že je to kvůli složité interakci mezi mřížkovou strukturou a světlem šířícím se dopředu a nahoru. Za určitých podmínek, v tzv. výjimečném bodě, kombinace těchto faktorů dramaticky snižuje ztráty infračerveného světla.

Jak poznamenávají autoři práce, dáleexperimenty ukázaly, že podobné výjimečné body jsou charakteristické pro jakýkoli typ vln (například akustické, rentgenové, rádiové vlny), které se šíří periodickou strukturou se ztrátami.

Vědci se domnívají, že majetek, který našlisvětla pomůže přenášet paprsky světla z jednoho čipového zařízení do druhého bez ztráty energie, což je užitečné v optické komunikaci. A široký vertikální paprsek vytvořený ve výjimečném bodě bude užitečný při studiu oblaku atomů.

Další potenciální aplikací jemonitorování životního prostředí. Jak vysvětlují autoři práce, pokud kontaminant na povrchu senzoru změní vlnovou délku světla v mřížce, výjimečný bod náhle zmizí a intenzita světla rychle přejde od lineárního k exponenciálnímu poklesu.

Přečtěte si více:

Loví se po staletí: co víme o planetě Vulcan vedle Slunce

Fyzici experimentálně potvrdili nový základní zákon pro kapaliny

Astronomové našli zdroj záhadných rádiových výbuchů, které pocházejí z vesmíru