(Phys.org)—Onderzoekers hebben een optische lens ontworpen die twee eigenschappen vertoont die tot nu toe niet samen zijn aangetoond:zelffocus en een optisch effect dat het Talbot-effect wordt genoemd en dat zich herhalende lichtpatronen creëert. De onderzoekers toonden aan dat de combinatie van deze twee eigenschappen kan worden gebruikt om een ​​gecodeerd digitaal signaal over te dragen zonder informatieverlies, die potentiële toepassingen heeft voor het realiseren van zeer efficiënte optische communicatiesystemen.

De wetenschappers, Xiangyang Wang en Hui Liu aan de Nanjing University, Huanyang Chen aan de Universiteit van Xiamen, samen met hun co-auteurs, hebben een paper gepubliceerd over de nieuwe lens, een "conforme lens" genoemd, " in een recent nummer van Fysieke beoordelingsbrieven .

Dit type conforme lens, die ook bekend staat als een Mikaeliaanse lens, ontstaan ​​op het gebied van transformatie-optica, die is gebaseerd op het idee dat lenzen licht kunnen sturen naar analogie met hoe de gebogen geometrie van ruimtetijd licht buigt in de algemene relativiteitstheorie.

Het hoofddoel van de studie was het ontwerpen van een conforme lens die gelijktijdig werkt in twee verschillende regimes:het geometrie-opticaregime, waarin licht wordt behandeld als een deeltje, en het golfoptica-regime, wat ook verantwoordelijk is voor de golfachtige eigenschappen van licht.

Werken in beide regimes is een uitdaging omdat de twee regimes twee schijnbaar tegengestelde vereisten hebben voor de grootte van de werkende golflengten. Aan de ene kant, de werkende golflengten moeten veel kleiner zijn dan de grootte van de lens, maar tegelijkertijd moeten ze groter zijn dan de basiseenheden waaruit de lens bestaat.

Om deze uitdaging aan te gaan, de onderzoekers begonnen met een Maxwell's fish-eye-lens, die dateert uit de jaren 1850, als basis voor de conforme lens. Ze legden uit dat het een hele uitdaging is om een ​​lens met de gewenste eigenschappen te realiseren met behulp van conventionele transformatie-optiek. mede door zijn eisen aan een driedimensionaal medium. Anderzijds, conforme transformatie-optica stelt eisen aan een tweedimensionaal medium, wat de fabricage-eisen verlicht.

"Hoewel transformatie-optica kan worden gebruikt om veel nieuwe optische apparaten te ontwerpen, het is meestal erg moeilijk te gebruiken in praktische systemen, vooral in het zichtbare regime, " vertelde Liu Phys.org . "In ons werk we hebben een haalbaar experimentplatform opgezet om optische apparaten voor conformatietransformatie te verkrijgen."

Na het construeren van de conforme lens, toonden de onderzoekers aan dat de lens zowel zelffocusseren als wat een eigenschap is van geometrische optica, en het Talbot-effect, wat een eigenschap is van golfoptica. Op deze manier, het apparaat verbindt de twee verschillende gebieden van geometrie-optica en golfoptica.

Het meest interessant voor mogelijke toepassingen is dat het conforme Talbot-effect dat hier wordt weergegeven heel anders is dan het gewone Talbot-effect in andere media vanwege de extra zelffocusserende eigenschap. Een van de grootste verschillen is dat in tegenstelling tot het gewone Talbot-effect dat grensdiffractie ervaart, het conforme Talbot-effect niet.

Als gevolg van het ontbreken van diffractie, het conforme Talbot-effect kan worden gebruikt om gecodeerde optische patronen over lange afstanden over te dragen met een zeer kleine hoeveelheid vervorming. De onderzoekers verwachten dat dit vermogen kan leiden tot een zeer efficiënte methode voor het overbrengen van digitale informatie in toekomstige optische communicatiesystemen met hoge snelheid zonder informatieverlies.

"We kunnen een stroom optische cijfers '0' en '1' verzenden via parallelle communicatie, die veel sneller is dan de seriële communicatie die wordt gebruikt in reguliere optische golfgeleiders of optische vezels, " zei Liu. "Het conforme Talbot-effect kan transmissiefouten helpen verminderen vanwege de niet-diffractieve eigenschappen en goede zelffocus van de veldpatronen."

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan om verschillende mogelijke toepassingen van optica voor conforme transformatie te onderzoeken, zoals het ontwerpen van nieuwe geïntegreerde fotonische chips die informatie kunnen transporteren en verwerken in micro-optische circuits. Deze "conforme fotonische chips" kunnen ooit worden gebruikt in toekomstige kwantumcomputers.

"We hopen dat optica voor conforme transformatie in de toekomst kan worden gebruikt in kwantumsimulators en kwantumcomputers, Chen zei. "We zijn ook van plan om de kwantumeffecten in de gekromde ruimte van de algemene relativiteitstheorie na te bootsen met behulp van conforme transformatie-optica, zoals de horizon van een zwart gat en Hawking-straling."

© 2017 Fys.org