Zachowanie fal w wyjątkowych punktach poprawi komunikację optyczną i wydajność czujnika

Fizycy z NIST badali miniaturowy system rozpraszania światła – ultracienką warstwę azotku krzemu.

umieszczony na chipie krzemowym.Na całej długości azotku zastosowano blisko rozmieszczone okresowe rowki. Rowki te tworzą siatkę dyfrakcyjną, czyli urządzenie rozpraszające światło o różnych barwach pod różnymi kątami, a azotek krzemu kieruje wpadające światło. Siatka rozprasza większość światła w górę, prostopadle do urządzenia, co powinno spowodować wykładniczy zanik fali świetlnej.

Naukowcy zauważyli, że większośćeksperymentów, światło zachowuje się „zgodnie z oczekiwaniami” i szybko zanika. Jeśli jednak szerokość rowków była prawie równa odległości między nimi, przy określonej długości fali światła podczerwonego jego intensywność malała liniowo, a nie wykładniczo. Jednocześnie niewielkie zmiany długości fali lub odległości między rowkami przywróciły układ do zaniku wykładniczego.

Naukowcy zauważyli też, że za każdym razemintensywność strumienia rozchodzącego się wzdłuż siatki zmieniła się z wykładniczego na liniową, światło rozproszone w górę utworzyło szeroką wiązkę o tej samej intensywności w całym tekście.

Źródło: S. Kelley/NIST

Potrzebny zespół badawczy NISTkilka lat na opracowanie teorii, która mogłaby wyjaśnić to dziwne zjawisko. Naukowcy uważają, że jest to spowodowane złożoną interakcją między strukturą sieciową a światłem rozchodzącym się do przodu i do góry. W pewnych warunkach, w tak zwanym punkcie wyjątkowym, połączenie tych czynników radykalnie zmniejsza utratę światła podczerwonego.

Jak zauważają autorzy pracy, dalejeksperymenty wykazały, że podobne wyjątkowe punkty są charakterystyczne dla każdego rodzaju fal (na przykład fal akustycznych, rentgenowskich, radiowych) rozchodzących się przez strukturę okresową ze stratami.

Naukowcy uważają, że znaleziona przez nich nieruchomośćświatła pomoże przesyłać wiązki światła z jednego urządzenia opartego na chipie do drugiego bez utraty energii, co jest przydatne w komunikacji optycznej. A szeroka pionowa wiązka stworzona w wyjątkowym miejscu przyda się podczas badania chmury atomów.

Innym potencjalnym zastosowaniem jestmonitoring środowiska. Jak wyjaśniają autorzy pracy, jeśli zanieczyszczenie na powierzchni czujnika zmieni długość fali światła w siatce, punkt wyjątkowy nagle zniknie, a natężenie światła szybko przejdzie od zaniku liniowego do wykładniczego.

Czytaj więcej:

Poluje się na nią od wieków: co wiemy o planecie Vulcan obok Słońca?

Fizycy eksperymentalnie potwierdzili nowe prawo podstawowe dla cieczy

Astronomowie odkryli źródło tajemniczych rozbłysków radiowych pochodzących z kosmosu