Создание «анти»

Sep 03, 2023

26 января 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Йельского университета

Создавая прорывной «антилазер», группа исследователей разработала систему, которая может направлять свет и другие электромагнитные волны для обработки сигналов без каких-либо нежелательных отражений сигнала — инновация, которая может продвинуть вперед локальные сети, область фотоники и другие приложения.

Результаты, полученные под руководством А. Дугласа Стоуна из Йельского университета и Филиппа дель Унь из Университета Ренна во Франции, опубликованы в журнале Science Advances.

Чуть более десяти лет назад Стоун возглавил группу по созданию антилазера, или «когерентного идеального поглотителя» (CPA). Вместо того, чтобы излучать луч, как это делает лазер, антилазер поглощает входной свет с той же точностью.

В лазере свет отражается вперед и назад между двумя зеркалами, каждый раз проходя через усиливающий материал, известный как «усиливающая среда», такой как арсенид галлия. Поскольку свет имеет определенную длину волны, он создает обратную связь, интенсивность которой возрастает. В типичном источнике света — например, в обычной лампочке — атомы излучают независимо и создают свет с разными длинами волн, в результате чего свет распространяется во многих направлениях. Однако в лазерах атомы излучают с одинаковой частотой и в одном направлении, создавая концентрированный луч одной длины волны.

Отличие антилазера в том, что вместо усиливающего материала он использует тот, который поглощает свет, то есть «среду потерь». В своей простейшей версии антилазер разделяет одиночный лазерный луч на два и направляет два луча друг в друга, встречаясь на кремниевой пластине толщиной с бумагу. Волны света точно настроены так, чтобы сцепляться друг с другом и захватываться. Затем они рассеиваются в тепло.

В своей последней работе исследователи опирались на эту концепцию и разработали устройство, основанное на так называемых «модах безотражательного рассеяния» (RSM).

«Мы спросили, существует ли какой-нибудь подобный принцип, с помощью которого мы могли бы направлять свет, а не преобразовывать его в другую форму энергии», — сказал Стоун, профессор прикладной физики и физики имени Карла А. Морса. «Потому что с помощью оптических волокон и современных фотонных схем направление света и отсутствие его отражения чрезвычайно ценно».

После этого они разработали устройство, которое вместо поглощения волн перенаправляло их в определенные каналы. Стоун работал над теоретической частью проекта, а Филипп дель Унь из Университета Ренна во Франции построил реальное устройство.

«Вместо того, чтобы все это преобразовывать, мы могли бы либо полностью поступить в выбранные нами выходные каналы, либо часть из них могла бы быть поглощена, а остальная часть пошла бы в выходные каналы», — сказал Стоун. «На следующем этапе мы хотим создать подобное устройство, в котором поглощение будет незначительным, чтобы вся энергия эффективно направлялась для выполнения своей информационной или сенсорной функции. Существует большой интерес к таким технологиям для снижения энергопотребления клеток. телефонные сети, например».

Устройство устранило отражения сигнала, которые долгое время были проблемой для маршрутизаторов сигналов — ключевого компонента современных нанофотонных и радиочастотных сетей. Помимо потери мощности сигнала, такие отражения могут вызвать в сети разрушительные нежелательные эхо-сигналы мощности отраженного сигнала.

Больше информации: Жером Соль и др., Безотражательные программируемые маршрутизаторы сигналов, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adf0323