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  • Le strutture ingegnerizzate che possono alterare la velocità della luce potrebbero avvantaggiare i sistemi di comunicazione ottica

    La combinazione di cristalli fotonici può rallentare la propagazione della luce per applicazioni nelle comunicazioni ottiche. Credito:A*STAR Institute of High Performance Computing

    I ricercatori dell'A*STAR Institute of High Performance Computing hanno sviluppato un metodo per progettare materiali in grado di rallentare la propagazione della luce su un'ampia gamma di lunghezze d'onda.

    La velocità della luce nel vuoto è sempre costante, un concetto fondamentale reso famoso da Albert Einstein. Ma la luce si propaga più lentamente quando entra in un mezzo diverso, come il vetro. Il grado di riduzione della velocità è dato dalla costante dielettrica di un materiale:una costante dielettrica più elevata indica una propagazione più lenta. Piuttosto che fare affidamento su una fonte limitata di sostanze naturali, gli scienziati hanno iniziato a progettare materiali ottici con una gamma più ampia di proprietà benefiche, inclusa la luce "lenta".

    Un approccio consiste nel combinare due materiali con diverse costanti dielettriche in una struttura periodica. Ciò può comportare proprietà che differiscono notevolmente da quelle dei materiali costituenti, particolare quando la scala delle lunghezze della periodicità è simile alla lunghezza d'onda della luce. "Questi cosiddetti cristalli fotonici, quando opportunamente progettato e in condizioni ideali, può quasi fermare del tutto la propagazione della luce, " dice lo scienziato di A*STAR Gandhi Alagappan.

    Il requisito che la periodicità della struttura sia simile alla lunghezza d'onda di interesse, però, è una limitazione per le applicazioni pratiche. Significa che la maggior parte di questi materiali funziona solo con la luce di un solo colore. Alagappan e il suo collaboratore Jason Ching Png hanno ora sviluppato uno schema per la progettazione di cristalli fotonici che operano su una gamma più ampia di lunghezze d'onda.

    Alagappan e Png hanno considerato una struttura in cui due materiali diversi sono stratificati uno sopra l'altro. Per ottenere due diverse periodicità, però, tipicamente sarebbe necessario un terzo materiale con una costante dielettrica a metà strada tra gli altri due materiali. Ciò rende difficile la creazione fisica della struttura. I ricercatori si sono invece concentrati sullo sviluppo di una tecnica matematica per combinare due materiali in modo tale che il profilo dielettrico nella direzione di impilamento sia quasi lo stesso della struttura a tre materiali più complicata (vedi immagine).

    Alagappan e Png hanno simulato le proprietà ottiche del loro cristallo fotonico combinato. Hanno identificato un'ampia gamma di lunghezze d'onda nota come regione di accoppiamento forte che ha un'alta densità di modi lenti.

    "Abbiamo inventato un'architettura ottica lineare multiscala che facilita la creazione di luce lenta a banda larga, " afferma Alagapan. "La struttura proposta potrebbe potenzialmente rivoluzionare le attuali tecnologie di buffering ottico".


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