Физики разработали способ концентрировать свет с помощью стены
Ученые нашли эффективную конфигурацию фотонного кристалла с функциональной «стеной» под углом к волноводу. Созданная структура концентрирует свет в области, сравнимой с длиной волны излучения.
Иногда ученым и инженерам нужно сконцентрировать свет в малом объеме. Они делают это для повышения эффективности оптических устройств, уменьшения их размеров и развития технологий квантовых вычислений. В идеале исследователям хотелось бы уметь концентрировать свет небольшим устройством в область, сравнимую по размерам с длиной волны этого света.
До сих пор было известно два подхода к концентрации света: с помощью оптических резонаторов или волноводов, которые сжимают свет. Первый метод использует эффект резонанса, и физические размеры устройства подобраны так, чтобы усиливать одну точно выбранную длину волны. Второй работает по методу оптической линзы, но требует большого размера устройства.
Международная команда физиков продемонстрировала новый способ фокусировки света на малом масштабе. Ключевым элементом новой методики стала топология физической системы. Ученые используют для концентрации света фотонные кристаллы. Их метод работает в более широком диапазоне длин волн по сравнению с альтернативными подходами. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
«Фотонные кристаллы — кремниевые пластины с повторяющимся регулярным узором из микроскопических отверстий, которые в принципе препятствуют распространению света в материале. Но если разместить рядом два таких кристалла с зеркально отраженным узором, то на их границе возникает волновод, и свет может распространяться только вдоль этой границы. Особенность конструкции в том, что световое проведение „топологически защищено“: рассеяние и отражение на дефектах материала подавлены», — объяснил один из авторов исследования Даниэль Мёйс (Daniel Muis).
Исследователи экспериментально проверили, что произойдет, если такой волновод резко оборвать стеной из непроницаемого для света материала. Оказалось, что так можно сконцентрировать излучение.
Свет не может пройти сквозь стену материала, а отражение в области до ограничителя подавлено. В результате свет накапливаться перед этим барьером. Со временем излучение все же отскакивает назад по волноводу, но с задержкой. Это и приводит к локальному усилению светового поля.
Усиление светового поля в конце топологического волновода происходит, только если «стена» расположена под определенным углом к волноводу. Это показывает, что усиление света связано с топологическим подавлением обратного отражения. Устройство позволяет проводить концентрацию света в малом объеме — сопоставимом с длиной волны самого света.
Описанный учеными механизм применим к другим типам волн в структурированных средах, включая звуковые волны или даже электроны в определенных кристаллах.
«Следующим шагом может стать применение импульсного лазера, чтобы изучить временной интервал, в течение которого продолжается накопление света. Это позволит оценить максимум возможного усиления поля и использовать его в оптических чипах для управления светом», — подытожил Мёйс.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии