Теперь группа исследователей из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона в сотрудничестве с Пекинским университетом продемонстрировала новый способ управления импульсом широкополосного света в широко используемом оптическом компоненте, известном как микрополость шепчущей галереи (WGM).Статья, соавторами которой также являются исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, Калифорнийского технологического института и Магдебургского университета, опубликована в журнале Science.
«Широкополосный оптический хаос в микрополости создает универсальный инструмент для доступа ко многим оптическим состояниям», — сказал Линбо Шао, аспирант лаборатории Марко Лончара, профессора электротехники Тяньцай Линь, в SEAS и соавтор исследования. бумага. «Раньше исследователям требовалось несколько специальных оптических элементов для ввода и вывода света WGM на разных длинах волн, но с помощью этой работы мы можем соединить все цветные источники света с помощью одного оптического соединителя».WGM — это тип оптического микрорезонатора, который используется в самых разных приложениях, от передачи на большие расстояния в оптических волокнах до квантовых вычислений.
WGM названы в честь шепчущих галерей собора Святого Павла в Лондоне, где акустическая волна (шепот) циркулирует внутри полости (купола) от динамика с одной стороны к слушателю с другой. Подобные явления происходят в Стене Эха в Храме Неба в Китае и в арке шепота на Центральном вокзале Нью-Йорка.Галереи оптического шепота работают примерно так же. Световые волны, захваченные в очень ограниченном круглом пространстве — меньше, чем прядь волос, — вращаются вокруг внутренней части полости.
Подобно шепчущей стене, полость улавливает и переносит волну.Однако сложно связать оптические поля из волноводов с оптическими полями в шепчущих галереях в фотонных схемах, потому что волны распространяются с разными скоростями.
Думайте о WGM как о кольцевой автостраде, а оптические поля — как о грузовиках UPS. Теперь представьте, что вы пытаетесь передать пакет между двумя грузовиками, когда оба движутся с разной скоростью. Невозможно, правда?Чтобы решить эту разницу в импульсе, не нарушая закон сохранения импульса Ньютона, исследовательская группа создала небольшой хаос.
Деформируя форму оптического микрорезонатора, исследователи смогли создать и использовать так называемые хаотические каналы, в которых угловой момент света не сохраняется и может изменяться со временем. Изменяя форму резонатора, можно настраивать импульс; резонатор может быть спроектирован так, чтобы согласовывать импульс между волноводами и WGM. Важно отметить, что связь является широкополосной и происходит между оптическими состояниями, которые в противном случае не были бы связаны.Это исследование открывает новые возможности для оптики микрорезонаторов и фотоники в оптической квантовой обработке, оптической памяти и многом другом.
«Работа иллюстрирует принципиально иной подход к исследованию этого важного класса микрорезонаторов, а также раскрывает прекрасную физику, относящуюся к предмету оптического хаоса», — сказал Керри Вахала, профессор информационных наук и технологий и профессор прикладной физики Теда и Джинджер Дженкинс. Cal Tech, который не принимал участия в этом исследовании.Затем команда изучит физику оптического хаоса на других оптических платформах и материалах, включая фотонные кристаллы и алмазы.Дополнительные соавторы статьи: Лончар, Цихуан Гун, Юнь-Фэн Сяо, Сюэфэн Цзян, Шу-Синь Чжан, Сюй И, Ян Виерсиг, Ли Ван и Лань Ян.
Исследование было частично поддержано Центром комплексных квантовых материалов на базе SEAS и Национальным научным фондом. Вычисления проводились на кластере Odyssey при поддержке Научно-исследовательской группы FAS при Гарвардском университете.