Поведінка хвилі у виняткових точках покращить оптичний зв'язок та роботу датчиків

Фізики з НІСТ вивчали мініатюрну світлорозсіювальну систему - ультратонкий шар нітриду кремнію,

розташований на кремнієвому чіпі.По всій довжині нітриду нанесені близько розташовані періодичні борозенки. Ці канавки створюють дифракційну решітку - пристрій, який розсіює світло різних кольорів під різними кутами, а нітрид кремнію спрямовує світло, що входить. Решітка розсіює більшу частину світла вгору, перпендикулярно до пристрою, що повинно призводити до експоненційного загасання світлової хвилі.

Дослідники помітили, що здебільшогоекспериментів світло поводиться, «як належить», і стрімко згасає. Однак, якщо ширина канавок була майже рівна відстані між ними, за певної довжини хвилі інфрачервоного світла, його інтенсивність знижувалася лінійно, а не експоненційно. При цьому незначні зміни довжини хвилі чи відстані між канавками повертали систему до експоненційного загасання.

Вчені також помітили, що кожен раз, колиінтенсивність потоку, що розповсюджується вздовж решітки, змінювалася від експоненціальної до лінійної, світло, розсіяне вгору, формувало широкий пучок з однаковою інтенсивністю на всьому протязі.

Джерело: S. Kelley/NIST

Команді дослідників НІСТ знадобилосякілька років, щоб розробити теорію, яка б пояснити дивне явище. Вчені вважають, що воно обумовлено комплексною взаємодією між структурою решітки та світлом, що розповсюджується вперед і вгору. За певних умов у так званій винятковій точці сукупність цих факторів різко скорочує втрати інфрачервоного світла.

Як зазначають автори роботи, подальшіексперименти показали, що аналогічні виняткові точки характерні для будь-якого типу хвиль (наприклад, акустичних, рентгенівських, радіохвиль), що поширюються через періодичну структуру із втратами.

Дослідники вважають, що знайдена ними властивістьсвітла допоможе передавати промені світла від одного пристрою на основі чіпа до іншого без втрати енергії, що стане в нагоді в оптичних комунікаціях. А широкий вертикальний промінь, створений у винятковій точці, буде корисним щодо хмари атомів.

Ще одним потенційним застосуванням ємоніторинг довкілля. Як пояснюють автори роботи, якщо забруднювач на поверхні датчика змінить довжину хвилі світла у ґратах, виняткова точка різко зникне, а інтенсивність світла швидко перейде від лінійного до експоненційного спаду.

Читати далі:

За нею полювали століттями: що нам відомо про планету Вулкан поруч із Сонцем

Фізики експериментально підтвердили новий фундаментальний закон для рідин

Астрономи знайшли джерело загадкових радіосплесків, що йдуть з космосу