Výzkumníci z California Institute of Technology vyvinuli zařízení, které dokáže přesměrovat světelný paprsek během 74 femtosekund. Femtosekunda je biliardtina sekundy, tedy 10−15 sekundy. Výsledek podle autorů ukazuje cestu k rychlejším optickým modulátorům pro komunikaci, výpočetní techniku a přesné snímání.
Studii s názvem „Ultrafast, reconfigurable all-optical beam steering and spatial light modulation“ zveřejnil časopis Nature Nanotechnology. Hlavním autorem je Claudio Hail, který na práci působil jako postdoktorand v laboratoři Harryho Atwatera na Caltechu a nyní pracuje na University of California, Berkeley. Mezi další autory patří Lior Michaeli, nynější pracovník Tel Aviv University, a Harry Atwater.
Zařízení nevyužívá elektrický signál k přepínání vlastností materiálu. Místo toho na něj dopadá intenzivní tvarovaný paprsek, označovaný jako pumpovací. Ten krátce změní optické vlastnosti materiálu. Druhý, slabší paprsek, takzvaný zkušební, následně materiálem projde a jeho směr se změní podle prostorového vzoru prvního paprsku.
Klíčovou součástí je metasurfaces, tedy velmi tenká uměle strukturovaná vrstva, která upravuje šíření světla pomocí nanometrových prvků. V tomto případě vědci vytvořili z amorfního křemíku vrstvu pokrytou drobnými sloupky menšími než vlnová délka použitého světla. Jejich rozmístění umožnilo, aby světlo v materiálu krátce zůstávalo a opakovaně v něm obíhalo. Tím se zesílil jinak slabý účinek změny optických vlastností křemíku.
Mechanismus využívá optický Kerrův jev. Při něm intenzivní světlo na velmi krátkou dobu nepatrně změní index lomu materiálu, tedy veličinu určující, jak rychle se v něm světlo šíří a jak se při průchodu ohýbá. Elektrony přitom nejsou převáděny do dlouhodobě excitovaných stavů, takže změna může zmizet téměř současně s působícím světelným pulzem.
Výzkumníci pomocí zařízení nasměrovali paprsek až o 13 stupňů a zaznamenali odezvu za 74 femtosekund. Tato hodnota však nevyjadřuje nejvyšší možnou rychlost samotného materiálu: současný limit určuje délka pumpovacího laserového pulzu, který měl rovněž 74 femtosekund. Výsledek proto zatím nepředstavuje hotovou technologii pro běžné komunikační systémy. Ukazuje ale, že světlo může velmi rychle řídit jiné světlo bez čekání na pomalé uvolňování energie z elektronických stavů, které omezuje řadu tradičních optických modulátorů.
Zdroj: ScienceDaily
Tento článek byl vytvořen s pomocí umělé inteligence a redakčně zkontrolován.