02年2023月XNUMX日（Nanowerkニュース) 光の利用と制御は、エネルギーハーベスティング、コンピューティング、通信、生物医学センシングなどのテクノロジーの開発に不可欠です。 しかし、現実世界のシナリオでは、光の動作の複雑さが効率的な制御に課題をもたらします。 物理学者のアンドレア・アルは、カオス系における光の挙動をビリヤードの最初のブレイクショットに例えています。 「ビリヤードでは、手球の打ち方のわずかな違いによって、テーブル上で跳ね返るボールのパターンが異なります」と、ニューヨーク州立大学大学院センターのアインシュタイン物理学教授であり、ニューヨーク州立大学フォトニクス・イニシアチブの創設ディレクターであるアルー氏は述べています。先端科学研究センターおよびニューヨーク州立大学の著名教授。 「光線は混沌とした空洞でも同様に動作します。 同じような設定で実験を何度も実行すると、毎回異なる応答が得られるため、何が起こるかを予測するモデル化が困難になります。」

主要な取り組み

新しい研究により、光自体を使用して散乱パターンを調整することにより、光のカオス的な挙動を制御するプラットフォームが明らかになりました。

円形キャビティを使用する従来の方法では、より複雑なプラットフォームでの光の挙動の全範囲を捉えることができませんでした。

チームのスタジアム形状のキャビティは、光の独特な挙動である「無反射散乱モード」(RSM) の操作を可能にし、光信号のより適切な制御を容易にします。

この発見は、エネルギー貯蔵、コンピューティング、および信号処理を改善する大きな可能性を秘めています。

研究者らは、特別に設計された空洞を通過するさまざまな光周波数の挙動を制御することができました。 実験の成功により、エネルギー貯蔵、コンピューティング、信号処理においてより優れた機能を提供する光ファイバーの進歩への道が開かれる可能性があります。 (画像：Juefeng Jiang)

リサーチ

で公開された新しい研究では 自然物理学 (「無反射散乱モードによるカオス光微小共振器のコヒーレント制御」）、ニューヨーク州立大学大学院センターの研究者が率いるチームは、光自体を使用して散乱パターンを調整することにより、光のカオス的な挙動を制御するための新しいプラットフォームについて説明しています。 このプロジェクトは、共同筆頭著者である Xuefeng Jiang 氏（アル氏の研究室の元博士研究員で、現在はシートン ホール大学物理学の助教授）と、アル氏の研究室の大学院生 Shixiong ying 氏によって主導されました。 光の挙動を研究するための従来のプラットフォームは、通常、光がより予測可能なパターンで反射および散乱する円形または規則的な形状の共鳴空洞を使用します。 たとえば、円形の空洞では、予測可能な個別の周波数 (光の色) のみが生き残り、サポートされている各周波数は特定の空間パターン、つまりモードに関連付けられます。 円形空洞内で作用する物理学を理解するには、単一周波数の XNUMX つのモードで十分だが、このアプローチでは、複雑なプラットフォームで見られる光の挙動の複雑さを完全に解き放つことはできない、と Jaing 氏は述べた。 「光のカオスなパターンをサポートする空洞では、空洞に注入された単一の周波数が何千もの光のパターンを励起する可能性があり、従来、光応答を制御する可能性は絶望的であると考えられていました」とJaing氏は述べた。 「私たちは、この混沌とし​​た行動を制御できることを実証しました。」 この課題に対処するために、チームは、上部が開いており、光をキャビティ内に導く反対側の XNUMX つのチャネルを備えた大きなスタジアム型のキャビティを設計しました。 入ってくる光が壁で散乱して跳ね返ると、上のカメラがスタジアムから漏れる光の量とその空間パターンを記録します。 このデバイスの側面には、XNUMX つの入力での光の強度とそれらの間の遅延を管理するためのノブが付いています。 アル氏によると、チャンネルが反対側にあることで、スタジアムの空洞内で光ビームが互いに干渉し、コヒーレント制御として知られるプロセスを通じて、一方のビームによるもう一方のビームの散乱を制御できるようになるという。アル氏によると、基本的には光を使って光を制御するという。 驚くべきことに、研究者らは、XNUMX つのチャネルに入る光ビームの相対強度と遅延を調整することで、空洞の外側の光の放射パターンを一貫して変更しました。 この制御は、「無反射散乱モード」（RSM）と呼ばれる、共振空洞内での光のまれな挙動によって可能になりました。これは、以前に理論的に予測されていましたが、光空洞システムでは観察されていませんでした。 ying 氏によると、この研究で実証された RSM を操作する能力により、複雑な光学システムの効率的な励起と制御が可能になり、これはエネルギー貯蔵、コンピューティング、信号処理に影響を及ぼします。 「特定の周波数では、当社のシステムが XNUMX つの独立したオーバーラップ RSM をサポートできることがわかりました。これにより、すべての光が反射してチャネル ポートに戻ることなくスタジアムの空洞に入り、その制御が可能になります」とイン氏は述べています。

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• 情報源： https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=63988.php