Figura 1. Il processo di conversione della frequenza della luce utilizzando un confine spazio-temporale. Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Un team KAIST ha sviluppato una tecnica ottica per cambiare il colore (frequenza) della luce utilizzando un confine spazio-temporale. La ricerca si concentra sulla realizzazione di un confine spazio-temporale con un grado di libertà molto più elevato rispetto ai risultati di studi precedenti fabbricando una struttura metallica sottile su una superficie di semiconduttore. Si prevede che tale confine spazio-temporale sia applicabile a un dispositivo ottico di tipo a pellicola ultrasottile in grado di modificare il colore della luce.
Il dispositivo di conversione di frequenza ottica svolge un ruolo chiave nella misurazione di precisione e nella tecnologia di comunicazione, e il dispositivo è stato sviluppato principalmente sulla base della non linearità ottica.
Se l'intensità della luce è molto forte, il mezzo ottico risponde in modo non lineare quindi i fenomeni ottici non lineari, come il raddoppio di frequenza o il missaggio di frequenza, si può osservare. Tali fenomeni ottici non lineari sono realizzati solitamente dall'interazione tra un laser ad alta intensità e un mezzo non lineare.
Come metodo alternativo, la conversione di frequenza viene osservata modificando temporalmente le proprietà ottiche del mezzo attraverso il quale la luce viaggia utilizzando uno stimolo esterno. Poiché la conversione di frequenza in questo modo può essere osservata anche in condizioni di luce debole, tale tecnica potrebbe essere particolarmente utile nella tecnologia della comunicazione.
Però, la modifica rapida delle proprietà ottiche del mezzo da parte di uno stimolo esterno e le successive tecniche di conversione della frequenza della luce sono state studiate solo in regime pertubativo, ed è stato difficile realizzare questi risultati teorici in applicazioni pratiche.
Per realizzare un'idea così concettuale, Il Professor Bumki Min del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e il suo team hanno collaborato con il Professor Wonju Jeon del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e il Professor Fabian Rotermund del Dipartimento di Fisica. Hanno sviluppato un materiale ottico artificiale (metamateriale) disponendo una microstruttura metallica che imita una struttura atomica e sono riusciti a creare un confine spazio-temporale modificando bruscamente la proprietà ottica del materiale artificiale.
Mentre studi precedenti hanno modificato solo leggermente l'indice di rifrazione del mezzo, questo studio ha fornito un confine spazio-temporale come piattaforma per progettare e modificare liberamente le proprietà spettrali del mezzo. Usando questo, il team di ricerca ha sviluppato un dispositivo in grado di controllare in larga misura la frequenza della luce.
Il team di ricerca ha affermato che un confine spazio-temporale, che è stato considerato solo concettualmente in precedenti ricerche e realizzato in regime pertubativo, è stato sviluppato come un passaggio che può essere realizzato e applicato.
Il professor Min ha detto, "La conversione di frequenza della luce diventa progettabile e prevedibile, quindi la nostra ricerca potrebbe essere applicata in molte applicazioni ottiche. Questa ricerca presenterà una nuova direzione per i progetti di ricerca sui media variabili nel tempo nel campo dell'ottica".
Figura 2. L'ampiezza complessa della luce alla frequenza convertita con la variazione di un confine spazio-temporale. Credito:The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)
Un team KAIST ha sviluppato una tecnica ottica per cambiare il colore (frequenza) della luce utilizzando un confine spazio-temporale. La ricerca si concentra sulla realizzazione di un confine spazio-temporale con un grado di libertà molto più elevato rispetto ai risultati di studi precedenti fabbricando una struttura metallica sottile su una superficie di semiconduttore. Si prevede che tale confine spazio-temporale sia applicabile a un dispositivo ottico di tipo a pellicola ultrasottile in grado di modificare il colore della luce.
Il dispositivo di conversione di frequenza ottica svolge un ruolo chiave nella misurazione di precisione e nella tecnologia di comunicazione, e il dispositivo è stato sviluppato principalmente sulla base della non linearità ottica.
Se l'intensità della luce è molto forte, il mezzo ottico risponde in modo non lineare quindi i fenomeni ottici non lineari, come il raddoppio di frequenza o il missaggio di frequenza, si può osservare. Tali fenomeni ottici non lineari sono realizzati solitamente dall'interazione tra un laser ad alta intensità e un mezzo non lineare.
Come metodo alternativo, la conversione di frequenza viene osservata modificando temporalmente le proprietà ottiche del mezzo attraverso il quale la luce viaggia utilizzando uno stimolo esterno. Poiché la conversione di frequenza in questo modo può essere osservata anche in condizioni di luce debole, tale tecnica potrebbe essere particolarmente utile nella tecnologia della comunicazione.
Però, la modifica rapida delle proprietà ottiche del mezzo da parte di uno stimolo esterno e le successive tecniche di conversione della frequenza della luce sono state studiate solo in regime pertubativo, ed è stato difficile realizzare questi risultati teorici in applicazioni pratiche.
Per realizzare un'idea così concettuale, Il Professor Bumki Min del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e il suo team hanno collaborato con il Professor Wonju Jeon del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e il Professor Fabian Rotermund del Dipartimento di Fisica. Hanno sviluppato un materiale ottico artificiale (metamateriale) disponendo una microstruttura metallica che imita una struttura atomica e sono riusciti a creare un confine spazio-temporale modificando bruscamente la proprietà ottica del materiale artificiale.
Mentre studi precedenti hanno modificato solo leggermente l'indice di rifrazione del mezzo, questo studio ha fornito un confine spazio-temporale come piattaforma per progettare e modificare liberamente le proprietà spettrali del mezzo. Usando questo, il team di ricerca ha sviluppato un dispositivo in grado di controllare in larga misura la frequenza della luce.
Il team di ricerca ha affermato che un confine spazio-temporale, che è stato considerato solo concettualmente in precedenti ricerche e realizzato in regime pertubativo, è stato sviluppato come un passaggio che può essere realizzato e applicato.
Il professor Min ha detto, "La conversione di frequenza della luce diventa progettabile e prevedibile, quindi la nostra ricerca potrebbe essere applicata in molte applicazioni ottiche. Questa ricerca presenterà una nuova direzione per i progetti di ricerca sui media variabili nel tempo nel campo dell'ottica".
