Trou noir optique conforme pour la cavité

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$Cartographie de la distribution homogène de l'indice de réfraction dans l'espace droit d'origine (a) dans une cavité OBH circulaire (b) avec gradient d'indice. La région centrale de la cavité OBH est tronquée en tant qu'indice homogène. La cavité quadripolaire (c1) et la cavité en forme d'arachide (c2) sont transformées à partir de la cavité circulaire OBH sous différents paramètres structurels. CRÉDIT par Qingtao Ba, Yangyang Zhou, Jue Li, Wen Xiao, Longfang Ye, Yineng Liu, Jin-hui Chen et Huanyang Chen$

Cartographie de la distribution homogène de l'indice de réfraction dans l'espace droit d'origine (a) dans une cavité OBH circulaire (b) avec gradient d'indice. La région centrale de la cavité OBH est tronquée en tant qu'indice homogène. La cavité quadripolaire (c1) et la cavité en forme d'arachide (c2) sont transformées à partir de la cavité OBH circulaire sous différents paramètres structurels.
CRÉDIT
par Qingtao Ba, Yangyang Zhou, Jue Li, Wen Xiao, Longfang Ye, Yineng Liu, Jin-hui Chen et Huanyang Chen

Résumé:
La cavité Whispering-gallery-mode (WGM) est une plate-forme intrigante pour améliorer intensément l'interaction lumière-matière. Il jette les bases des lasers à seuil ultra-bas, de la détection ultra-sensible, de l'optique non linéaire et de la photonique quantique. La cavité WGM conventionnelle est composée de matériaux homogènes avec un indice de réfraction constant à la fois dans le cœur et dans la gaine. Le champ lumineux est confiné dans la cavité par la réflexion interne totale (TIR) et renforcé par des interférences constructives. Le facteur Q ultra-élevé a été réalisé dans diverses cavités WGM diélectriques avec un volume de mode (V) et un moment cinétique importants.

Trou noir optique conforme pour cavité

Changchun, Chine | Publié le 30 septembre 2022

Néanmoins, la perte de rayonnement intrinsèque dans une cavité aux limites ouvertes avec une constante diélectrique finie est omniprésente en raison de l'effet tunnel de lumière de la surface courbe provenant de l'analogue de la mécanique quantique. Cette perte de rayonnement est remarquablement augmentée et devient le mécanisme de perte dominant lorsque la longueur d'onde de résonance est comparable à la taille géométrique des cavités. Il y a un effort incessant pour optimiser le rapport Q/V dans les cavités optiques, ce qui est très important dans l'exploration de l'électrodynamique quantique des cavités (QED).

Dans un nouvel article publié dans eLight, des scientifiques dirigés par le professeur Huanyang Chen et le Dr Jin-hui Chen de l'Université de Xiamen ont étudié les cavités WGM. Leur article, intitulé "Trou noir optique conforme pour cavité", a proposé et démontré une cavité de trou noir optique (OBH) basée sur l'optique de transformation.

Diverses approches ont été proposées pour manipuler la perte de rayonnement et améliorer le facteur Q. Par exemple, la cavité plasmonique a été construite en utilisant les fortes localisations de champ optique des métaux. Cependant, la perte ohmique intrinsèque dans la plate-forme plasmonique est inévitable. Alternativement, les revêtements radialement anisotropes ont été mis en œuvre pour comprimer plus d'énergie dans le cœur de la cavité, ce qui se traduit par un confinement optique plus serré et un facteur Q sensiblement plus élevé. Malheureusement, les paramètres anisotropes sont encore difficiles à mettre en œuvre pour les matériaux naturels.

L'optique de transformation (TO) offre une grande polyvalence pour manipuler les rayons lumineux et les champs électromagnétiques avec de nouvelles fonctionnalités. De nombreuses structures optiques fascinantes conçues par TO permettent la déviation et le piégeage de la lumière pour imiter les effets de la cosmologie.

L'équipe de recherche a utilisé la théorie TO pour construire une classe de cavités OBH. Les champs WGM à l'extérieur du noyau de la cavité circulaire OBH se révèlent suivre une règle de désintégration non conventionnelle de la cartographie conforme. En utilisant le modèle de potentiel effectif, ils ont prouvé que la perte de rayonnement du WGM dans la cavité OBH idéale peut être complètement inhibée ; ainsi, le facteur Q de rayonnement est infini.

L'équipe a également démontré l'amélioration du facteur Q et le confinement de champ serré de la cavité OBH tronquée. Cela a été comparé à une cavité homogène dans les spectres micro-ondes. La cavité OBH circulaire est en outre appliquée aux cavités de forme arbitraire, y compris les structures monocœur et multicœur avec un facteur Q élevé.

Cette recherche ouvre la voie à la manipulation de champ de surface avec transformation conforme. Il peut être généralisé aux modes de résonance de divers systèmes d'ondes, tels que les ondes acoustiques et élastiques, et trouve des applications dans la récupération d'énergie et l'optoélectronique.

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Huanyang Chen
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