Команда KAIST разработала оптический метод изменения цвета (частоты) света с использованием пространственно-временной границы. Исследование фокусируется на реализации пространственно-временной границы с гораздо большей степенью свободы, чем результаты предыдущих исследований, путем изготовления тонкой металлической структуры на поверхности полупроводника. Ожидается, что такая пространственно-временная граница применима к оптическому устройству ультратонкого пленочного типа, способному изменять цвет света.

Рисунок 1. Процесс преобразования частоты света с использованием пространственно-временной границы. Фото: Корейский передовой институт науки и техники (KAIST)

Устройство преобразования оптической частоты играет ключевую роль в прецизионных измерительных и коммуникационных технологиях, и устройство разработано в основном на основе оптической нелинейности.

Если интенсивность света очень сильная, оптическая среда реагирует нелинейно, поэтому могут наблюдаться нелинейные оптические явления, такие как удвоение частоты или смешение частот. Такие оптические нелинейные явления реализуются обычно путем взаимодействия высокоинтенсивного лазера с нелинейной средой.

В качестве альтернативного метода преобразование частоты наблюдается путем временной модификации оптических свойств среды, через которую свет проходит с использованием внешнего стимула. Так как преобразование частоты таким образом можно наблюдать даже при слабом освещении, такой метод может быть особенно полезен в коммуникационных технологиях.

Однако быстрая оптическая модификация свойств среды с помощью внешнего стимула и последующих методов преобразования частоты света была исследована только в пертубативном режиме, и было трудно реализовать эти теоретические результаты в практических применениях.

Чтобы реализовать такую ​​концептуальную идею, профессор Бумки Мин из факультета машиностроения и его команда сотрудничали с профессором Вонджу Жоном из факультета машиностроения и профессором Фабианом Ротермундом из физического факультета. Они разработали искусственный оптический материал (метаматериал), устроив металлическую микроструктуру, которая имитирует атомную структуру и сумела создать пространственно-временную границу, резко изменив оптическое свойство искусственного материала.

Хотя предыдущие исследования лишь слегка модифицировали показатель преломления среды, это исследование обеспечило пространственно-временную границу как платформу для свободного проектирования и изменения спектральных свойств среды. Используя это, исследовательская группа разработала устройство, которое может в значительной степени контролировать частоту света.

Исследовательская группа заявила, что пространственно-временная граница, которая была только концептуально рассмотрена в предыдущих исследованиях и реализована в пертубативном режиме, была разработана как шаг, который может быть реализован и применен.

Профессор Мин сказал: «Преобразование частоты света становится понятным и предсказуемым, поэтому наше исследование может быть применено во многих оптических приложениях. Это исследование представит новое направление для исследовательских проектов медиапоследовательности в области оптики».

Комплексная амплитуда света на преобразованной частоте с изменением пространственно-временной границы

Рисунок 2. Комплексная амплитуда света на преобразованной частоте с изменением пространственно-временной границы. Фото: Корейский передовой институт науки и техники (KAIST)

Команда KAIST разработала оптический метод изменения цвета (частоты) света с использованием пространственно-временной границы. Исследование фокусируется на реализации пространственно-временной границы с гораздо большей степенью свободы, чем результаты предыдущих исследований, путем изготовления тонкой металлической структуры на поверхности полупроводника. Ожидается, что такая пространственно-временная граница применима к оптическому устройству ультратонкого пленочного типа, способному изменять цвет света.

Устройство преобразования оптической частоты играет ключевую роль в прецизионных измерительных и коммуникационных технологиях, и устройство разработано в основном на основе оптической нелинейности. 

Если интенсивность света очень сильная, оптическая среда реагирует нелинейно, поэтому могут наблюдаться нелинейные оптические явления, такие как удвоение частоты или смешение частот. Такие оптические нелинейные явления реализуются обычно путем взаимодействия высокоинтенсивного лазера с нелинейной средой.

В качестве альтернативного метода преобразование частоты наблюдается путем временной модификации оптических свойств среды, через которую свет проходит с использованием внешнего стимула. Так как преобразование частоты таким образом можно наблюдать даже при слабом освещении, такой метод может быть особенно полезен в коммуникационных технологиях.

Однако быстрая оптическая модификация свойств среды с помощью внешнего стимула и последующих методов преобразования частоты света была исследована только в пертубативном режиме, и было трудно реализовать эти теоретические результаты в практических применениях.

Чтобы реализовать такую ​​концептуальную идею, профессор Бумки Мин из факультета машиностроения и его команда сотрудничали с профессором Вонджу Жоном из факультета машиностроения и профессором Фабианом Ротермундом из физического факультета. Они разработали искусственный оптический материал (метаматериал), устроив металлическую микроструктуру, которая имитирует атомную структуру и сумела создать пространственно-временную границу, резко изменив оптическое свойство искусственного материала.

Хотя предыдущие исследования лишь слегка модифицировали показатель преломления среды, это исследование обеспечило пространственно-временную границу как платформу для свободного проектирования и изменения спектральных свойств среды. Используя это, исследовательская группа разработала устройство, которое может в значительной степени контролировать частоту света. 

Исследовательская группа заявила, что пространственно-временная граница, которая была только концептуально рассмотрена в предыдущих исследованиях и реализована в пертубативном режиме, была разработана как шаг, который может быть реализован и применен.

Профессор Мин сказал: «Преобразование частоты света становится понятным и предсказуемым, поэтому наше исследование может быть применено во многих оптических приложениях. Это исследование представит новое направление для исследовательских проектов медиапоследовательности в области оптики».

По материалам phys.org