在波导阵列中捕捉光

根据最新研究显示，更便宜且更高效的光子器件，如激光器，光纤和其他光源，可能具有受限制的光，这些光子器件产生的受限制的光不受材料缺陷的影响。来自宾夕法尼亚州立大学，匹兹堡大学和伊利诺伊大学的物理学家团队已经在概念验证实验中证明，它们可以以这样的方式捕获光，使得光对可能存在于材料中的缺陷非常不敏感。该研究的结果在“Nature Photonics”杂志上发表（“Topological protection of photonic mid-gap defect modes”）。

[attachment=84485]
图示为拓扑晶体绝缘体晶格几何中的波导阵列的横截面的显微镜图像。新的研究表明，这种结构配置允许以对材料缺陷不敏感的方式限制光。这种进步可能会导致更便宜且更高效的光子器件，如激光器和光纤。（图片来源：宾夕法尼亚州立大学Rechtsman实验室）

“光子技术涉及光的产生，传输和操纵，它被广泛应用于各行各业中，”宾夕法尼亚州立大学Downsbrough物理学早期职业助理教授和研究小组负责人Mikael Rechtsman说。“光子技术是构成互联网骨架的光纤网络的基础，用于生成可持续能源的太阳能电池，以及用于制造的高功率激光器以及许多其他应用的基础。寻找一种限制和操纵光的方法，以使光对缺陷不敏感，这可能会对这项技术产生巨大影响。”

为了限制光，研究人员使用在玻璃上精确雕刻的“波导”组成的复杂晶格结构。这些波导像电线一样，但是是传导光而不是电。在这种结构中，光从波导的一端进入，并在通过导线向前传播时被捕获并被限制。在那里，被捕获的光不受波导位置的缺陷影响，因此可以允许结构中存在明显的缺陷。

“由于'拓扑保护'现象，光变得不敏感，”Rechtsman说。“这个概念已被广泛应用于固体电子物理学领域。这种波导结构是所谓的”拓扑晶体绝缘体“的光子模拟，这种拓扑保护形式可能被用于一系列的光子器件，包括纳米激光器，特种非线性光纤，以及用于处理量子信息的光子和电子之间的稳健地且精确地耦合。”

以这种方式限制光可以使许多光子器件生产更便宜兼更高效。除此之外，这是一个潜在的交叉学科的 - 联合光子学和固体电子学 – 利用拓扑保护的例子，并且展示了这种现象在电子固体物理学概念之外的广泛适用性。

Rechtsman说：“在光子学领域，能够捕捉光并将其限制在非常狭小的空间是极其重要的。这种捕获和限制将最大的光功率压缩到材料内部的最小面积或体积中，使光与材料的相互作用更强烈，因此无论做什么都更有效率。这样做的主要困难是强的限制会对材料中的任何缺陷都极度敏感，这往往会抑制效率或使器件的制造成本非常昂贵。我们的研究结果表明，我们可以克服这一困难。”

原文链接：https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=50349.php（实验帮译）

查看本帖完整版本: [-- 在波导阵列中捕捉光 --] [-- top --]