Предложенный способ захвата света может привести к новым типам лазеров и датчиков

Есть несколько способов, чтобы «захватить» луч света. Обычно это делается с помощью зеркал, других отражающих поверхностей, или высокотехнологичных материалов, таких как фотонные кристаллы. Но теперь исследователи из МТИ открыли новый метод для улавливания света, который мог бы найти широкий спектр приложений.

Новая система, разработанная с помощью компьютерного моделирования, а затем продемонстрированная экспериментально, складывает две волны одинаковой длины в противофазах, так что волны гасят друг друга. Между тем, свет других длин волн может пройти через систему свободно.

«Для многих оптических приборов, которые вы хотите построить, в том числе лазеров, солнечных батарей и волоконной оптики, вам нужен способ, чтобы ограничить свет, - сказал проф. Марин Сольячич (Marin Soljačić). - Это наиболее часто осуществляется с помощью зеркал различных видов, в том числе и традиционных, и более усовершенствованных диэлектрических зеркал, а также посредством экзотических фотонных кристаллов и устройств, которые основываются на явлении, называемом локализация Андерсона. Во всех этих случаях прохождение света блокируется. В физической терминологии это называется запретом разрешенных состояний для распространения света по данному пути, поэтому он вынужден отражаться. В новой системе, однако, это не так. Вместо этого, свет определенной длины волны блокируется деструктивной интерференцией от других волн, которые находятся точно в противофазе. Это совершенно отличный способ удержания света».

Исследователи впервые увидели возможность этого явления посредством численного моделирования. Затем предсказание было проверено экспериментально.

В математических терминах новое явление – когда одна частота света захватывается, а другие близлежащие частоты нет - является примером «вложенного собственного значения». Это было описано как теоретическая возможность Джоном фон Нейманом в 1929 г. Хотя физики уже давно интересуются возможностями такого эффекта, никто ранее не демонстрировал это явление на практике, кроме особых случаев, связанных с симметрией.

«Эта работа является очень важной, поскольку она представляет новый вид зеркала, которое, в принципе, имеет идеальное отражение, - сказал А. Дуглас Стоун (A. Douglas Stone), профессор физики в Йельском университете, который не участвовал в этом исследовании. Открытие, по его словам, «является удивительным, потому что считалось, что поверхность фотонного кристалла подчиняется обычным законам преломления и отражения», но в данном случае это не так.

Проф. Стоун добавляет: «Это на самом деле реализация известного «связанного состоянии в континууме», предложенного фон Нейманом и Евгением Вигнером на заре квантовой теории, но в практической, реализуемой форме. Область применения охватывает мощные одномодовые лазеры и химические и биологическая сенсоры большой площади, что открывает новые перспективы, если они будут реализованы».

Свет может быть ограничен в плоской плите с периодическим массивом отверстий, хотя свету теоретически «позволяют» ее покинуть. Синий и красный цвета указывают поверхности с одинаковым электрическим полем