Studimi eksploron rrezet topologjike të dritës

Emituesit e dritës nanofotonike janë pajisje kompakte dhe të gjithanshme me aplikime të gjera në fizikën e aplikuar. Në një raport të ri të botuar tani në Science Advances, Ki Young Lee dhe një ekip hulumtues në fizikë dhe inxhinieri në Kinë dhe në Mbretërinë e Bashkuar, propozuan të zhvillojnë një strukturë të emetuesit topologjik të rrezes me një madhësi nën mikron dhe efikasitet të lartë, me kapacitet të adaptueshëm të formësimit të rrezes. .

Pajisja e propozuar ndihmoi një emetues shumë të dëshirueshëm dhe efikas të mikrodritës për të zbuluar një sërë aplikacionesh duke përfshirë ekranet, zbulimin e dritës në gjendje të ngurtë, ndërlidhjet optike dhe telekomunikimet.

Gjendjet e ndërfaqes topologjike kanë qëndrueshmëri jashtëzakonisht të lartë ndaj shqetësimeve mjedisore me veti fizike unike. Shumë studiues në matematikë dhe fotonikë kanë hetuar gjerësisht fenomenet topologjike fotonike për shkak të premtimit të tyre në telekomunikacionet, përpunimin e të dhënave dhe aplikacionet e sensorëve.

Në këtë studim, Lee dhe kolegët eksploruan vetitë optike të reja të fushës së largët të lidhura me fotonikën topologjike jo-hermitiane. Ata treguan se si një metasipërfaqe kryqëzimi topologjik i dy grilave të rezonancës me modalitet të drejtuar mund të shërbejë si emetues efikas të dritës në shkallë nënmikronike me efikasitet të lartë kuantik dhe kapacitet të adaptueshëm të formësimit të rrezes.

Gjatë eksperimenteve, ekipi përdori një kryqëzim që përmban dy grila rezonante të dallueshme të modalitetit të udhëhequr drejtpërdrejt ngjitur me njëra-tjetrën në mungesë të një hapjeje. Në struktura të tilla, gjendja që rrjedh Jackiw-Rebbi (JR) në kryqëzim; që korrespondon me një model relativist historikisht të rëndësishëm – emetoi një rreze të ngushtë drite. Procesi u drejtua nga bashkimi i elektrodinamikës kuantike zgavër-kuantike dhe efektet e kalimit elektromagnetik. Ekipi eksploroi një teori themelore të emetimit të rrezeve topologjike dhe kreu analiza numerike rigoroze gjatë studimit.

Lee et al. eksploroi gjendjen e rrjedhur JR të lokalizuar në një metasipërfaqe të kryqëzimit topologjik fotonik, ku struktura mbante një film me indeks të lartë. Në kushte specifike, difraksioni i rendit të parë nga gjendja JR çoi në rrezatim të rrjedhjes së rrezes drejt sfondit përreth, duke mundësuar që karakteristikat karakteristike të rrezatimit të rrjedhjes të mblidhen gjatë studimit.

Bazuar në emetimin me rreze të ngushtë të lidhur me gjendjen JR që rrjedh, ekipi hetoi vetitë e emetimit të burimeve të dritës pranë kryqëzimit topologjik. Ata përdorën metodën e elementeve të fundme për të llogaritur modelin e rrezatimit, i cili tregoi një rreze të ngushtë të emetuar në fushën e largët optike. Ekipi më pas zbuloi mundësinë e projektimit të një strukture të përshtatshme, ku dy zona grilësh do të kishin masë identike Dirac për të arritur simetrinë ideale të rrezes së emetuar.

Gjatë këtyre eksperimenteve, emetimi i rrezes së ngushtë nga burimet e dritës izotropike ndoqi vetitë e sakta të difraksionit të rrjedhjes së rrezatimit nga gjendja JR. Ekipi gjithashtu mori në konsideratë burimet e jashtme për efektin e propozuar të rrezeve, të cilat ata e realizuan duke futur modifikime në konfigurimin eksperimental, duke përfshirë një kontrast të reduktuar të indeksit dhe përcjellës valësh shumështresor të lidhur vertikalisht, midis modifikimeve të tjera.

Koncepti i formësimit të rrezes është i rëndësishëm për shumë aplikime të përgjithshme të burimeve të dritës. Efekti i përshkruar topologjik i rrezatimit ofron një mundësi të rregullimit të formës së rrezes direkt nga burimi. Shkencëtarët përshkruan shpërndarjen e masës së Dirac që kërkohet për të gjeneruar profilin e pritshëm të rrezes.

Për shembull, për të gjeneruar një rreze të sipërme të sheshtë, një zonë me masë Dirac zero mund të zgjerohet – përgjatë gjerësisë së dëshiruar dhe rreth kryqëzimit të pajisjes. Rezultatet e rregullimit të masës Dirac të rezonancës së modalitetit të drejtuar mund të lehtësojnë në mënyrë efikase aplikimet e formësimit të rrezeve.

Në këtë mënyrë, Ki Young Lee dhe kolegët propozuan një metasipërfaqe të kryqëzimit topologjik për emetimin efikas të rrezes. Ata simuluan shpërndarjet karakteristike të fushës së një gjendjeje të rrjedhur Jackiw-Rabbi në kryqëzim për të arritur një rrezatim efikas të dritës nga emetuesit e brendshëm duke integruar elektrodinamikën kuantike zgavër-kuantike të bashkuar me efektet e kanalizimit elektromagnetik.

Arkitektura e propozuar është e rëndësishme për krijimin e emetuesve efikasë të mikro-dritës për lokalizim të fortë, efikasitet të lartë kuantik dhe kapacitet të adaptueshëm të formësimit të rrezeve. Këto veti janë të rëndësishme për shumë aplikacione, duke përfshirë zhvillimin e pikselave të ekranit, përpunimit me lazer dhe aplikacionet e telekomunikacionit. Pajisjet e propozuara janë gjithashtu të afta të funksionojnë si detektorë optikë efikasë për shkak të fushës së veprimit të tyre si emetues të kundërt në kohë. Shkencëtarët propozojnë optimizime të mëtejshme të rezultateve të studimit për të zhvilluar efekte të reja optike dhe aplikacione shoqëruese të pajisjeve për të tejkaluar çdo kufi teknik ekzistues.