Предложен практичный способ «остановки» света

отПатрик Левентов

Апр 21, 2014

Предложен практичный способ «остановки» света
Фотоны — когда они не в вакууме — путешествуют не с фазовой скоростью, с которой движется фронт индивидуальной волны, а с групповой, определяющей скорость движения пакета световых волн. Если вы хотите «задержать» свет, нужно лишь довести групповую скорость до нуля.

…Только сказать это несколько проще, чем сделать: да, фотонные кристаллы, сочетающие повторяющиеся области с высоким и низким коэффициентом преломления, могут снизить групповую скорость волн. Но на практике любой такой кристалл содержит неизбежные включения, нарушающие его структуру, и это не позволяет довести групповую скорость до нуля.

Проблему, конечно, можно обойти: пара лазеров, светящих на материал одновременно, подавляет электронный переход, вызываемый светом определённой частоты, делая материал прозрачным к таким волнам. Если один из лазеров внезапно отключить, создавая условия, при которых такая искусственная прозрачность разрушается, свет можно поймать в материале и «хранить» там вплоть до минут, пользуясь спиновыми возбуждениями электронов материала. Однако получается это только тогда, когда спиновые возбуждения электронов когерентны. А когерентность эта разрушается, как только температура становится на несколько градусов выше абсолютного нуля. Не очень практично, верно?

Ортуин Гесс (Ortwin Hess) вместе с коллегами по Имперскому колледжу Лондона (Великобритания) придумал схему попроще. Учёные предлагают взять кусок кремния толщиной в 290 нм и покрыть его 500-нанометровым слоем оксида индия-олова. Эта комбинация сможет поддерживать такие оптические состояния, когда частоты волн света являются комплексными числами. Более того, один из таких оптических режимов будет иметь групповую скорость, точно равную нулю.

Но как в такое оптическое состояние попасть, когда мы не можем послать свет по вышеописанному волноводу с нулевой групповой скоростью? И технологий нет, и с нулевой скоростью свет вообще никуда войти не может, так как не сдвинется с места…

Авторы работы считают решением то, что режим с нулевой групповой скоростью допускает утечки: свет в «слоёном» кремниевом волноводе может улизнуть из него через слои оксида индия-олова как нераспространяющаяся волна, точнее, та её разновидность, что называется исчезающей волной.

«Вы ведь можете дать свету утечь наружу? Так вот, этот трюк справедлив и для излучения света внутрь волновода», — объясняет задумку г-н Гесс. Итак, излучение в ближнем инфракрасном диапазоне, направленное на волновод под особым углом, должно вызвать в слоях оксида индий-олова исчезающую волну, которая, в свою очередь, инициирует желаемый режим с нулевой групповой скоростью порождённых ею световых волн. Из-за того что просчитанный исследователями волновой пакет в кремниевой части волновода почти не испытывает дисперсии, не только произойдёт его застывание без движения вперёд, но и волны другой длины не будут распространяться вовне. То есть по волноводу пойдёт свет только нужных параметров, что, по идее, повышает его пропускную способность.

Учёные утверждают, что в такой схеме несовершенства материалов не столь критичны, а температура может быть комнатной, поэтому их коллеги из Калифорнии (США) уже собираются воплотить разработку в жизнь.

Зачем нужен неподвижный свет? Ортуин Гесс полагает, что на его основе можно создать «лазер остановленного света», в котором стационарный импульс можно искусственно усилить без необходимости в зеркалах и оптическом резонаторе. Кроме того, длительное удерживание света в одной точке должно резко повысить вероятность взаимодействия фотонов с атомами, что пригодится как в оптической электронике (и даже оптической памяти квантовых компьютеров), так и в высокоэффективных солнечных батареях. И даже при создании снимков крупных биологических молекул.

от Патрик Левентов

Главный редактор сайта

Добавить комментарий