Naukowcy kontrolują przepływ światła za pomocą całkowicie optycznego tranzystora
Pytanie o to w jaki sposób rozchodzi się światło nie daje spokoju wielu naukowcom. Niemieccy i Szwajcarscy naukowcy uchylili rąbek tajemnicy, znajdując sposób na całkowicie optyczne zapalenie światła na chipie. W internetowym wydaniu magazynu Science prezentują formę indukowanej przezroczystości aktywowanej za pomocą sprzężenia ciśnienia promieniowania dwóch trybów: optycznego i mechanicznego. Ich prace, dofinansowane z grantu Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) dla początkujących naukowców oraz z grantu Marie Curie dla najlepszych, mogą przełożyć się na wiele zastosowań w technologiach telekomunikacyjnych i informatyce kwantowej. Naukowcy z Instytutu Optyki Kwantowej im. Maxa Plancka (MPQ) w Niemczech i z École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) w Szwajcarii stwierdzili, że optomechanicznie indukowana przezroczystość może zostać wykorzystana do zmniejszenia prędkości i przechowywania na strukturze półprzewodnikowej impulsów światła przez mikrofabrykowane matryce optomechaniczne. Zespół pracujący pod kierunkiem profesora Tobiasa J. Kippenberga z EPFL odkrył, że interakcja światła (fotonów) i wibracji mechanicznych (fononów) pomaga kontrolować transmisję wiązki światła poprzez chipowy mikrorezonator optyczny bezpośrednio przez drugą, silniejszą wiązkę światła. W ramach wcześniejszych badań udała się jedynie interakcja światła laserowego z oparami atomowymi przez "elektromagnetycznie indukowaną przezroczystość" (EIT), co pozwoliło kontrolować sposób poruszania się światła. Mimo pewnych interesujących wyników naukowcy odkryli, że EIT ma wiele wad, w tym ograniczenie do światła o długościach fali odpowiadających naturalnym rezonansom atomów. Na potrzeby badań niemiecko-szwajcarski zespół oparł swoją zasadę o sprzężenie optomechaniczne fotonów z oscylacjami mechanicznymi wewnątrz mikrorezonatora optycznego. Naukowcy wykorzystali metody nanofabrykacji, aby stworzyć urządzenia optomechaniczne, które potrafią jednocześnie chwytać światło w pułapkę orbitalną i działać jak mechaniczne oscylatory. Kiedy światło zostaje sprzężone z rezonatorem powstaje ciśnienie promieniowania pojawiające się wraz z siłą wywieraną przez fonony. Pomimo stosowania od dawna tej siły do pułapkowania i schładzania atomów dopiero w ciągu ostatnich pięciu lat naukowcy zaczęli zdawać sobie sprawę z jej potencjału kontrolowania mechanicznych wibracji w mikro i nanoskali. To utorowało drogę do narodzin optomechaniki wnękowej, dziedziny badań, która koncentruje się na unifikowaniu fotoniki oraz mikro- i nanomechaniki. Zespół odkrył, że siła ciśnienia promieniowania zwiększa się w mikrorezonatorze optycznym i może odkształcać wnękę, skutecznie sprzęgając światło z wibracjami mechanicznymi. Inny laser "kontrolny" również może zostać sprzężony z rezonatorem. Naukowcy odkryli, że dudnienie dwóch laserów wywołuje wibrację oscylatora mechanicznego, co z kolei powstrzymuje sygnał świetlny przed wejściem do rezonatora z powodu optomchanicznego zjawiska interferencji. To doprowadza do powstania okna przezroczystości dla wiązki sygnału. Dr Schliesser z EPFL i MPQ stwierdza, że "wiemy od ponad dwóch lat o istnieniu tego zjawiska". Stefan Weis, również z obydwu instytucji, jeden z naczelnych autorów artykułu, dodaje: "Kiedy już wiedzieliśmy gdzie szukać, to było właśnie tam." Zjawisko nazwane przez naukowców "OMIT" (optomechanicznie indukowana przezroczystość) może przynieść światu naukowemu nową i udoskonaloną funkcjonalność fotoniki. Zdaniem zespołu przyszłe osiągnięcia oparte na OMIT mogą pomóc w przekształceniu strumienia fotonów w pobudzenia mechaniczne (fonony) - czyli w stworzeniu optycznych buforów umożliwiających rozszerzone przechowywanie informacji optycznych i korzystanie z hybrydowych systemów kwantowych.
Kraje
Szwajcaria, Niemcy