Wetenschappers van de Paderborn-universiteit, de Technische Universiteit van Dortmund en de Universiteit van Würzburg hebben voor het eerst laserpulsen gebruikt om fotonenecho's nauwkeurig te controleren, die kan optreden wanneer lichtgolven op elkaar superponeren. De bevindingen van het onderzoek zijn nu gepubliceerd in wetenschappelijk tijdschrift Communicatie Fysica .

Professor Torsten Meier van de Paderborn University zegt:"'Schreeuw in het bos en een soortgelijke echo zal terugkeren, " of 'what goes around comes around' is niet alleen een bekend Duits spreekwoord, maar is ook letterlijk waar. Wanneer een geluidsgolf wordt gereflecteerd, een echo resultaat. Wanneer het precies terugkomt, echter, hangt af van het bos, maar vooral op de afstand tussen de beller en de plaats van bezinning. Stel je voor dat je zou kunnen aanpassen wanneer je wilde dat de echo bij je terugkwam."

Een team van wetenschappers heeft nu dit resultaat bereikt voor optische signalen:de wetenschappers hebben een manier gevonden om fotonenecho's die worden uitgezonden door halfgeleiderkwantumdots met een precisie van minder dan een seconde te beheersen.

Meier legt uit:"Optische echo's verschillen enigszins van conventionele akoestische echo's, omdat ze niet worden gegenereerd door de weerkaatsing van golven, maar eerder in een niet-lineair optisch proces. Er worden twee korte laserpulsen naar een monster gestuurd:de eerste vertegenwoordigt het signaal en de tweede het bos. Dit zorgt voor de reflectie. Wanneer de vertragingstijd van deze pulsen wordt verdubbeld, een nieuwe lichtpuls, de fotonenecho, wordt uitgestraald door het systeem dat aan het licht wordt blootgesteld."

Met behulp van een verdere stuurpuls, de onderzoekers waren in staat om deze fotonenecho te controleren binnen het bereik van picoseconden (d.w.z. 10 ^-12 seconden), en daardoor uitstellen tot een gewenst tijdstip. Een dergelijke besturing is met name relevant voor nanofotonische circuits waarin meerdere optische systemen nauwkeurig met elkaar moeten worden gesynchroniseerd.

De theoretische voorspelling van het effect is ontwikkeld in de onderzoeksgroep van professor Torsten Meier. Een grote uitdaging was de experimentele implementatie, die werd uitgevoerd in de onderzoeksgroep onder leiding van professor Ilya Akimov van de Technische Universiteit van Dortmund:"De temporele controle van optische echo's is een zeer dynamisch effect, waarbij de stuurpuls het systeem virtueel pauzeert, " zegt Hendrik Roos, een doctoraat student in Paderborn. Alexander Kosarev, een doctoraat student aan de Technische Universiteit van Dortmund, voegt toe:"Dit effect werd onlangs theoretisch voorspeld, is door ons met succes experimenteel geïmplementeerd en biedt een schat aan mogelijkheden voor het manipuleren van lichtemissies van halfgeleidersystemen." De gebruikte monsters werden geproduceerd in de onderzoeksgroep van professor Sven Höfling (Universiteit van Würzburg).

Op basis van deze eerste demo, de wetenschappers willen nu het effect optimaliseren, bijvoorbeeld, door de vertragingen te vergroten. Het fenomeen zal verder worden ontwikkeld voor nieuwe toepassingen op het gebied van fotonische kwantumtechnologieën, die het onderwerp zijn van intensief onderzoek aan het Institute for Photonic Quantum Systems (PhoQS) aan de Paderborn University.