Naukowcy z polskich uczelni we współpracy z międzynarodowymi instytucjami osiągnęli znaczący postęp w badaniach nad miniaturowymi źródłami światła. Zespół z Uniwersytetu Warszawskiego, Wojskowej Akademii Technicznej oraz Instytutu Pascal CNRS przy Université Clermont Auvergne wytworzył tzw. „optyczne tornada” w niezwykle małej strukturze.
Odkrycie otwiera nowe perspektywy dla tworzenia bardziej zaawansowanych urządzeń fotonicznych stosowanych w komunikacji optycznej i technologii kwantowej. „Nasze rozwiązanie łączy wiele dziedzin fizyki, od mechaniki kwantowej po optykę i fizykę ciała stałego” – wyjaśnia prof. Jacek Szczytko z UW, kierownik grupy badawczej.
Podstawą rewolucyjnego podejścia była inspiracja atomowymi układami elektronów. W obszarze fotoniki, analogiczne funkcje pełnią pułapki optyczne zamykające światło. Dr Marcin Muszyński z Wydziału Fizyki UW podkreśla: „Fale świetlne skręcają wokół własnej osi, a ich polaryzacja, czyli kierunek drgań pola elektrycznego, zmienia się spiralnie.”
Tradycyjna produkcja takich struktur wymagała dużych i skomplikowanych układów. Zamiast tego, naukowcy wykorzystali ciekły kryształ, który choć przepływa jak ciecz, tworzy uporządkowane struktury przypominające kryształ stały. „Torony, jak nazywamy te defekty, działają jako mikroskopijne pułapki światła” – tłumaczy Joanna Mędrzycka z UW.
Kluczowym elementem było odtworzenie syntetycznego pola magnetycznego oddziałującego na światło dzięki zmiennej dwójłomności. Dr Piotr Kapuściński z UW wyjaśnia: „Światło porusza się jak elektrony, które znajdują się w polu magnetycznym, choć w rzeczywistości pole takie nie istnieje.”
Aby zwiększyć efektywność toronów, naukowcy umieścili je w mikrownęce optycznej. Dr Muszyński dodaje: „Kontrolowanie rozmiaru pułapki za pomocą napięcia elektrycznego pozwala na regulację właściwości światła.”
Naukowcy po raz pierwszy osiągnęli efekt optycznego momentu pędu w stanie podstawowym, co zostało potwierdzone przez dodanie do układu barwnika laserowego. „Powstałe światło nie tylko wiruje, ale także zyskuje cechy światła laserowego” – mówi Muszyński.
Prof. Guillaume Malpuech z Université Clermont Auvergne podkreśla, że stan podstawowy jest najbardziej stabilny, co umożliwia łatwe uzyskanie laserowania przy minimalnych stratach. Prof. Dmitry Solnyshkov dodaje, że efektywnie manipulują one zachowaniem fotonów przy wykorzystaniu zaawansowanych teorii dotyczących ładunku wektorowego.
Wynik tych badań to nie tylko naukowe osiągnięcie, ale również potencjalna rewolucja w skalowalnych zastosowaniach optycznych. „Zamiast złożonej nanotechnologii, używaliśmy materiałów samoorganizujących się. W przyszłości umożliwi to tworzenie prostych i efektywnych urządzeń” – podsumowuje prof. Wiktor Piecek.
Dodaj komentarz