De natuurkundigen van de ITMO University, Ioffe Institute en de Australian National University onderzochten een nieuw mechanisme voor de realisatie van hoogwaardige optische resonatoren. Het is gebaseerd op de wederzijdse destructieve interferentie van twee optische toestanden van lage kwaliteit in één resonator, waardoor het veilig "opsluiten" van licht in verschillende materialen mogelijk is, zelfs op kleine schaal. De theoretische resultaten van het werk werden experimenteel bevestigd, de basis leggen voor nieuwe miniatuurapparaten:effectieve sensoren, optische filters en niet-lineaire lichtbronnen. Het onderzoekspaper is gepubliceerd in SPIE geavanceerde fotonica .

In het algemeen, Fano-resonanties ontstaan ​​door de interactie van twee golven met een bepaalde relatie tussen de amplitudes en fasen, bijvoorbeeld, tijdens de verstrooiing van elektromagnetische straling. Dit proces wordt actief onderzocht en veel gebruikt om resonatoren te maken:apparaten die het elektromagnetische signaal versterken. De belangrijkste parameters van Fano-resonanties, bepalen van de piekbreedte en asymmetrie, werden meestal als onafhankelijk beschouwd. Daarom, ze werden afzonderlijk afgesteld om de maximale kwaliteitsfactor (Q-factor) te bereiken:kenmerk, laat zien hoe goed de resonator de straling vangt en versterkt.

Echter, de wetenschappers van ITMO University toonden aan dat de resonantieparameters met elkaar verbonden zijn:wanneer de resonantiepiek in het spectrum van de verstrooide straling symmetrisch wordt, de breedte wordt minimaal, wat leidt tot de maximale Q-factor. Dit gebeurt wanneer de geometrie van de resonator verandert en een ongebruikelijke interactie van verschillende toestanden of modi veroorzaakt. Natuurkundigen brachten dit fenomeen in verband met de recentelijk voorgestelde klasse van resonatoren, die werken op een subgolflengteschaal voor een brede klasse van materialen.

"Gebruikelijk, om een ​​hoogwaardige resonantie te creëren, men moet het licht ergens opsluiten met goede spiegels of een omgeving met een hoge brekingsindex, waaruit het licht niet gemakkelijk zal uitgaan. Maar we vonden een nieuw mechanisme voor het vangen van licht en beschreven dat in onze eerdere artikelen. Het is gebaseerd op twee modi van lage kwaliteit, die elk het licht zwak vangen, die samen een nieuwe toestand kunnen vormen met een zeer hoge Q-factor. Twee minnen maken een plus. In dit werk voerden we experimenten uit om het te bewijzen en ontwikkelden we een dieper theoretisch begrip, " legt Kirill Koshelev uit.

Als resultaat, wetenschappers hebben voor het eerst experimenteel aangetoond dat een dergelijke ongebruikelijke interactie van resonanties mogelijk is. Het experiment werd uitgevoerd in microgolven met behulp van een cilindrisch vat. Het vat werd druppel voor druppel gevuld met water, zodat de hoogte van de pilaar voortdurend veranderde. Tegelijkertijd, met behulp van een speciale sensor, onderzoekers maten de kwaliteitsfactor en frequentie van de resonanties.

"Het werk begon met een theorie:Kirill Koshelev bewees dat een hoge kwaliteitsfactor altijd gepaard gaat met een symmetrische vorm van resonantie. Deze resultaten werden bevestigd in het experiment door Polina Kapitanova en Mikhail Rybin. Nu werken we aan de praktische toepassing van deze resonatoren . Onlangs, we hebben een niet-lineaire frequentieomvormer van licht voorgesteld op basis van hoogwaardige schijfresonatoren. Nu blijven we experimenteren met andere materialen. In aanvulling, onze resultaten worden gebruikt om gevoelige compacte sensoren te maken. Alexey Slobozhanyuk werkt er momenteel aan, ", voegt Andrey Bogdanov toe.