切换到宽版
  • 广告投放
  • 稿件投递
  • 繁體中文
  • 能自我形成光阱的玻璃微结构

    作者:实验帮译 来源:物理学家组织网 时间:2020-06-03 11:58 阅读:143 [投稿]
    *玻璃中实现的复杂设计是一种“光子拓扑绝缘体”,这是一种可能用于使激光和医学成像等光子技术更有效的设备。

    *玻璃中实现的复杂设计是一种“光子拓扑绝缘体”,这是一种可能用于使激光和医学成像等光子技术更有效的设备。 

    2016年获得诺贝尔奖的拓扑材料能够“保护”穿过它们的波流,防止不必要的无序和缺陷。到目前为止,我们对光的拓扑保护的理解大多局限于光的独立作用的粒子,但是近日发表在《科学Science》杂志上的一篇新论文中,宾州州立大学的研究人员报告说,他们利用玻璃来介导光子之间的相互作用,直接观察到这些复杂的装置。 

     “人们可能更熟悉电子学,但在‘光子学’领域有一个完全平行的世界,我们关注的是光的性质,而不是电子,”宾夕法尼亚州立大学(Penn State)物理学教授、论文高级作者米凯尔·雷赫茨曼(Mikael Rechtsman)说,“光子学有许多应用,包括太阳能、通信用光纤、激光切割制造和激光雷达,例如,激光雷达用于帮助控制自动车辆。拓扑保护有望使光子器件更节能、更轻、更紧凑。”

     

    如图,当激光穿过波导,通过玻璃雕刻的复杂的“光线”结构,与自身相互作用,形成自我维持的波型,称为孤子。孤子的螺旋旋转是波导特定形状的标志,也是器件拓扑结构的标志。

    拓扑保护的概念可以应用于电子、光子、原子和机械系统。例如,在电子学中,拓扑保护可以通过使电子可靠地流过材料而不发生散射来提高效率。对于电子来说,这种保护需要极冷的温度,接近绝对零度,并且经常需要一个很强的外部磁场,但是对于光子,所有的实验都可以在室温下进行,并且因为光子没有电荷,没有磁场。 

    为了进行实验,研究人员用激光照射一块玻璃,玻璃上刻着一系列极其精确的通道,每个通道的直径约为人类头发的十分之一。这些隧道被称为“波导”,其作用就像电线,集中了通过它们的光流。玻璃片中的波导排列成一个网格,形成一个阵列,但每个波导穿过玻璃的路径并不笔直——也许更好地描述为蛇形,由研究人员设计的曲折具有导致光的拓扑保护的几何结构。 

    宾夕法尼亚州立大学博士后研究员、论文第一作者Sebabrata Mukherjee说:“我们必须在实验室里建造制造设施,以便精确地在玻璃上雕刻出三维波导,这一过程被称为飞秒激光写入。写入三维波导的能力对器件的拓扑结构至关重要,通过观察沿器件边缘的“受保护”单向光流,实验证实了这一特性。” 

    通过一个称为“克尔效应”的过程,玻璃的特性会因强烈激光的存在而改变。玻璃中的这种变化介导了许多光子之间的相互作用,这些光子通常不相互作用,通过阵列传播。随着功率的增加,光坍缩成一束,而没有展开(即衍射),并以螺旋状旋转的光束。孤子的螺旋旋转是研究人员设计的波导特定形状的一个标志,同时也表明该器件确实是拓扑结构。 

    Rechtsman说:在正常情况下,光子之间是互不察觉的。你可以穿过两个激光束,而两个光束都不会被另一个改变。在我们的系统中,由于激光的强度改变了玻璃的性质,我们能够使光子相互作用并形成孤子。光子通过环境的变化相互“感知”。 

    孤子被认为是许多系统中最基本的波形,在这些系统中,相互作用是由周围环境介导的。 

    Rechtsman说:“理论上理解和实验上探测像波导阵列这样的拓扑系统中的孤子,将是在光子器件中应用拓扑保护的关键因素,特别是那些需要高光功率的器件。”。 

    原文链接:https://phys.org/news/2020-06-geometry-intricately-fabricated-glass.html 

    分享到:
    扫一扫,关注光行天下的微信订阅号!
    【温馨提示】本频道长期接受投稿,内容可以是:
    1.行业新闻、市场分析。 2.新品新技术(最新研发出来的产品技术介绍,包括产品性能参数、作用、应用领域及图片); 3.解决方案/专业论文(针对问题及需求,提出一个解决问题的执行方案); 4.技术文章、白皮书,光学软件运用技术(光电行业内技术文档);
    如果想要将你的内容出现在这里,欢迎联系我们,投稿邮箱:service@opticsky.cn
    文章点评