Новости

Oct 22, 2023

Исследователи совершенствуют технологию генерации высоких гармоник в нелинейных наноструктурированных метаповерхностях

18 мая 2023 г. Эта статья

18 мая 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

корректура

Университетом Падерборна

Природные и искусственные кристаллы могут изменять спектральный цвет света, известный как нелинейный оптический эффект. Преобразование цвета используется во многих приложениях, включая нелинейную микроскопию для исследования биологических структур и материалов, светодиодные источники света и лазеры в оптической связи, а также в фотонике и связанных с ней технологиях, таких как квантовые вычисления. Исследователи из Университета Падерборна нашли способ улучшить физический процесс, лежащий в основе этого явления. Результаты были опубликованы в журнале Light: Science & Applications.

«Этот процесс основан на ангармоническом потенциале кристаллических атомов и часто приводит к точному умножению частоты света, известному как генерация «высших гармоник» — аналогично обертонам, которые слышны, когда вибрирует струна музыкального инструмента», — говорит физик из Падерборна, профессор Седрик. Мейер объясняет.

Хотя эффект естественным образом возникает во многих кристаллах, он часто бывает крайне слабым. Учитывая это, существовали различные подходы к увеличению эффекта, например, путем комбинирования различных материалов и их структур на микро- и наноуровне. Университет Падерборна в последние десятилетия проводит интенсивные и успешные исследования в этой области.

Одним из фокусов исследований фотоники являются метаматериалы и, в частности, метаповерхности. Это предполагает нанесение структурированных элементов в нанометровом диапазоне на тонкую подложку, которая затем взаимодействует с падающим светом и, например, вызывает оптические резонансы. Благодаря большей продолжительности и большей фокусировке свет может более эффективно генерировать более высокие гармоники.

В рамках междисциплинарного сотрудничества исследовательские группы под руководством профессора Седрика Мейера (нанофотоника и наноматериалы), профессора Томаса Зентграфа (сверхбыстрая нанофотоника) и профессора Йенса Фёрстнера (теоретическая электротехника) в Университете Падерборна работают вместе в рамках совместного исследования «Специализированная нелинейная фотоника». Center/Transregio 142 для разработки инновационного подхода к более эффективной генерации высших гармоник. Используя специально пропорциональные применения микроскопически маленьких эллиптических цилиндров из кремния, они могут воспользоваться эффектом Фано — особым физическим механизмом, при котором многочисленные резонансы усиливают друг друга.

Первоначально исследователи использовали цифровое моделирование для определения идеальных геометрических параметров и исследовали лежащую в их основе физику. Затем они создали наноструктуры, используя современные процессы литографии, и провели оптические исследования. Они смогли доказать с помощью теории и экспериментов, что это позволяет третьей гармонике — то есть свету с утроенной частотой падающего света — генерироваться гораздо эффективнее, чем с помощью ранее известных структур.

Больше информации: Дэвид Хэнель и др., Многорежимный механизм суперфано для улучшенной генерации третьей гармоники в кремниевых метаповерхностях, Light: Science & Applications (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01134-1

Информация журнала:Свет: наука и приложения

Предоставлено Университетом Падерборна