I ricercatori di Aalto dimostrano come creare risonatori quasi perfetti di alta qualità utilizzando materiali otticamente assorbenti.
Dai puntatori laser tascabili ai computer quantistici fotonici, i risonatori ottici hanno tutti una cosa in comune: intrappolano e concentrano i fotoni per il tempo più lungo possibile.
Risuonatori perfetti: questa illustrazione artistica raffigura l’accoppiamento di una serie di nanoparticelle d’oro e due modalità guidate di una guida d’onda planare, che servono a creare una metasuperficie risonante perfettamente senza perdite. Credito immagine: Radoslaw Kolkowski/Aalto University
Risonatori ottici assumere varie forme. Il risonatore più semplice può essere costituito da una coppia di specchi, tra i quali la luce si propaga avanti e indietro, venendo riflessa. I risonatori tecnologicamente più avanzati sono solitamente più compatti e comprendono piste microscopiche che guidano la luce o nanostrutture a diffusione multipla periodica.
Indipendentemente dalla loro forma, tutti i risonatori sono soggetti a perdite che ne riducono le prestazioni. Nel caso dei sistemi ottici, le perdite principali sono dovute alla luce che fuoriesce dal sistema per propagazione dal risonatore (perdita per radiazione) o per essere assorbita nel materiale e convertita in calore (perdita per assorbimento).
Mentre la perdita di radiazione è stata mitigata dai ricercatori utilizzando l’interferenza distruttiva in un fenomeno noto come stato legato ottico nel continuo, la perdita di assorbimento è stata comunemente considerata inevitabile nei sistemi ottici che utilizzano materiali assorbenti, come i metalli.
Ricercatore dell’Accademia dell’Università di Aalto Radoslaw Kolkowski e docente senior Andriy Shevchenko hanno mostrato come migliorare i risonatori ottici per annullare sia le perdite di radiazione che quelle di assorbimento.
“Mitigando sia le perdite di radiazione che quelle di assorbimento, possiamo teoricamente intrappolare i fotoni in un sistema chiuso per un tempo indefinito, nonostante l’utilizzo di un materiale assorbente per costruire il sistema,” dice Kolkowski.
“L’aumento dei fattori di qualità della risonanza ci consente di migliorare notevolmente l’interazione della luce con la materia, che può essere utilizzata in una moltitudine di applicazioni, ad esempio nella tecnologia laser, nella spettroscopia, nella metrologia e nell’ottica non lineare.”
In un documento pubblicato sulla rivista NanophotonicsKolkowski ha simulato una metasuperficie composta da una serie di nanoparticelle d’oro soggette a perdite e una guida d’onda planare che supporta due modalità guidate.
Lì è riuscito a creare una risonanza ibrida in cui non c’erano né radiazioni né perdite di assorbimento. Il meccanismo dimostrato di cancellazione delle perdite è universale e ha il potenziale per migliorare radicalmente tutti i tipi di risonatori oltre il regno dell’ottica.
«Pensate a qualsiasi oscillatore: pendoli, vibrazioni acustiche o sismiche, eccitazioni quantistiche. Questo approccio può essere applicato a ciascuno di essi, il che può portare a una varietà di applicazioni utili e alla creazione di nuovi dispositivi”, afferma Shevchenko, che è anche a capo del Gruppo di ricerca di ottica e fotonica nel Dipartimento di Fisica Applicata.
Sebbene la teoria sia inattaccabile, c’è ancora spazio per inefficienze nell’uso nel mondo reale. Ciò potrebbe essere dovuto a imperfezioni di fabbricazione e alle dimensioni finite delle strutture risonanti assorbenti.
Nonostante ciò, il miglioramento della qualità dei sistemi fotonici reso evidente dalla ricerca apre la strada alla realizzazione di dispositivi superiori con nuove funzionalità indicibili.
Fonte: Università Aalto
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
