Foto: Claudio Hail

Představte si, že byste mohli řídit světlo tak rychle, že by to trvalo méně času, než jaký potřebuje světlo k překonání šířky lidského vlasu. Právě takový průlom se podařil vědcům z Caltechu, kteří vyvinuli čip schopný přesměrovat paprsek světla za pouhých 74 femtosekund.

Autor původního článku: redakce

Jak to funguje

Nový přístroj využívá vzorovaný paprsek světla k modifikaci optických vlastností metamateriálu. Druhý paprsek pak může projít materiálem a být odkloněn podle vzoru prvního paprsku. Tento objev by mohl otevřít cestu k mnohem rychlejším fotonickým komunikačním, výpočetním a senzorovým technologiím.

Výzvy tradičního řízení světla

Tradiční technologie pro řízení nebo modulaci světla závisí na změně elektronických vlastností materiálu. Tyto změny však vyžadují čas, což obvykle omezuje modulaci světla na nanosekundové nebo pikosekundové časové škály. Tým Harryho Atwatera z Caltechu se rozhodl pro jiný přístup, který eliminuje potřebu elektrického signálu.

Optický Kerrův efekt

Systém se spoléhá na fenomén známý jako optický Kerrův efekt. Když intenzivní paprsek světla prochází materiálem, může dočasně způsobit velmi malou změnu v indexu lomu materiálu. Tato změna je výsledkem pohybu elektronů v jejich orbitalech, avšak elektrony nejsou tlačeny do oddělených, déle trvajících excitovaných stavů.

Zesílení pomocí křemíkových pilířů

Aby zesílili reakci, vytvořili výzkumníci metasurface z tenkého filmu amorfního křemíku, pokrytého nanoskopickými pilíři. Tím, že pečlivě zvolili velikost a rozestupy těchto pilířů, umožnili světlu zůstat uvnitř metasurface o něco déle a cirkulovat v něm, místo aby jím prostě prošlo.

Možnosti budoucího vývoje

Výzkumníci tvrdí, že současný limit rychlosti pochází z laserových pulzů používaných k provozu systému, nikoli ze základních vlastností metamateriálu samotného. To ponechává otevřenou možnost, že by proces mohl být ještě rychlejší.

Podobné výzkumy v oblasti fotoniky jsme popsali také v článku o nečekaném odhalení geometrie světla.

Podpora a spolupráce

Práce byla podpořena financováním od Air Force Office of Scientific Research a její Meta-Imaging Multidisciplinary University Research Initiative, Švýcarské národní vědecké nadace, Fulbright Fellowship programu a Breakthrough Foundation. Kavli Nanoscience Institute na Caltechu poskytl infrastrukturu a podporu pro tuto práci.