"Я впервые столкнулся с этой проблемой Дарио Гераче из Университета Павии в Италии, когда я писал докторскую диссертацию в Швейцарии. Я тогда пытался над этим поработать, но это очень тяжело », – сказал Миньков. "Это было в моей голове с тех пор, как. Иногда я говорил об этом кому-нибудь из своей области, и они говорили, что это практически невозможно."
Чтобы доказать, что почти невозможное все еще возможно, Минков и Шанхуэй Фань, профессор электротехники в Стэнфорде, разработали рекомендации по созданию кристаллической структуры нетрадиционной формы, состоящей из двух частей.
Подробности их решения были опубликованы авг. 6 в Optica, с Джераче в качестве соавтора. Теперь команда приступает к построению теоретической структуры для экспериментального тестирования.
Рецепт ограничения света
Любой, кто сталкивался с зеленой лазерной указкой, видел в действии нелинейную оптику.
Внутри этой лазерной указки кристаллическая структура преобразует лазерный свет из инфракрасного в зеленый. (Зеленый лазерный свет легче видеть, но компоненты, которые делают только зеленые лазеры, встречаются реже.Это исследование направлено на внедрение аналогичного преобразования, уменьшающего длину волны вдвое, но в гораздо меньшем пространстве, что может привести к значительному повышению энергоэффективности из-за сложных взаимодействий между световыми лучами.
Целью команды было добиться сосуществования двух лазерных лучей с помощью фотонно-кристаллического резонатора, который может фокусировать свет в микроскопическом объеме.
Однако существующие фотонно-кристаллические полости обычно ограничивают только одну длину волны света, и их структуры сильно адаптированы для размещения этой длины волны.
Поэтому вместо того, чтобы создавать одну однородную структуру, чтобы делать все это, эти исследователи разработали структуру, которая сочетает в себе два разных способа ограничения света: один для удержания инфракрасного света, а другой для удержания зеленого, и все это по-прежнему содержится в одном крошечном кристалле.
«Обладать разными методами для сдерживания каждого света оказалось проще, чем использовать один механизм для обеих частот, и, в некотором смысле, это полностью отличается от того, что люди думали, что им нужно сделать, чтобы совершить этот подвиг», – сказал Фан.
Уточнив детали своей двухчастной структуры, исследователи составили список из четырех условий, которые должны направить коллег при создании фотонно-кристаллического резонатора, способного удерживать две очень разные длины волн света. Их результат больше похож на рецепт, чем на схему, потому что структуры, управляющие светом, полезны для столь многих задач и технологий, что дизайн для них должен быть гибким.
«У нас есть общий рецепт, который гласит:« Скажите мне, какой у вас материал, и я расскажу вам правила, которым вы должны следовать, чтобы получить фотонно-кристаллический резонатор, который довольно мал и ограничивает свет на обеих частотах », – сказал Минков.
Компьютеры и любопытство
Если бы телекоммуникационные каналы были магистралью, переключение между разными длинами волн света равнялось бы быстрой смене полосы движения, чтобы избежать замедления, а одна структура, которая содержит несколько каналов, означает более быстрое переключение. Нелинейная оптика также важна для квантовых компьютеров, потому что вычисления в этих компьютерах основаны на создании запутанных частиц, которые могут быть сформированы посредством процесса, противоположного тому, который происходит в лабораторном кристалле Fan – создания двойных красных частиц света из одной зеленой частицы света.
Представление о возможных приложениях своей работы помогает этим исследователям выбирать, что они будут изучать.
Но они также мотивированы своим желанием получить хороший вызов и запутанной странностью их науки.
«В основном мы работаем со структурой плиты с отверстиями, и, располагая эти отверстия, мы можем контролировать и удерживать свет», – сказал Фан. "Мы перемещаем и изменяем размер этих маленьких отверстий на миллиардные доли метра, и в этом разница между успехом и неудачей. Это очень странно и бесконечно увлекательно."
Эти исследователи скоро столкнутся с этими сложностями в лаборатории, поскольку они начинают создавать свой фотонно-кристаллический резонатор для экспериментальных испытаний.