I fisici dell'Università ITMO, Lo Ioffe Institute e l'Australian National University hanno esaminato un nuovo meccanismo di realizzazione di risonatori ottici di alta qualità. Si basa sull'interferenza distruttiva reciproca di due stati ottici di bassa qualità in un risonatore che consente un "intrappolamento" sicuro della luce in vari materiali anche su piccola scala. I risultati teorici del lavoro sono stati confermati sperimentalmente, gettare le basi per nuovi dispositivi in ​​miniatura:sensori efficaci, filtri ottici e sorgenti luminose non lineari. Il documento di ricerca è pubblicato in Fotonica avanzata SPIE .

Generalmente, Le risonanze di Fano nascono dall'interazione di due onde con una certa relazione tra le ampiezze e le fasi, Per esempio, durante la diffusione della radiazione elettromagnetica. Questo processo è attivamente studiato e ampiamente utilizzato per creare risonatori:dispositivi che amplificano il segnale elettromagnetico. I parametri principali delle risonanze di Fano, determinare l'ampiezza e l'asimmetria del picco, erano generalmente considerati indipendenti. Perciò, sono stati sintonizzati separatamente in modo da ottenere il massimo fattore di qualità (fattore Q):caratteristica, mostrando quanto bene il risonatore intrappola e migliora la radiazione.

Però, gli scienziati dell'Università ITMO hanno dimostrato che i parametri di risonanza sono collegati:quando il picco di risonanza nello spettro della radiazione diffusa diventa simmetrico, la sua larghezza diventa minima, che porta al fattore Q massimo. Questo accade quando t la geometria del risonatore cambia e provoca un'interazione insolita di diversi stati o modalità. I fisici hanno collegato questo fenomeno con la classe di risonatori recentemente proposta, che funzionano su una scala di lunghezze d'onda inferiori per un'ampia classe di materiali.

"Generalmente, per creare una risonanza di alta qualità, bisogna intrappolare la luce da qualche parte usando buoni specchi o un ambiente con un alto indice di rifrazione, da cui la luce non uscirà facilmente. Ma abbiamo trovato un nuovo meccanismo per intrappolare la luce e l'abbiamo descritto nei nostri articoli precedenti. Si basa su due modalità di bassa qualità, ciascuno intrappolando debolmente la luce, che insieme possono formare un nuovo stato con un fattore Q molto alto. Due svantaggi fanno un vantaggio. In questo lavoro abbiamo condotto esperimenti per dimostrarlo e abbiamo sviluppato una comprensione teorica più profonda, " spiega Kirill Koshelev.

Di conseguenza, gli scienziati per la prima volta hanno mostrato sperimentalmente che una tale interazione insolita di risonanze è possibile. L'esperimento è stato fatto in microonde utilizzando un recipiente cilindrico. La nave veniva riempita d'acqua goccia a goccia, in modo che l'altezza del pilastro cambiasse continuamente. Allo stesso tempo, utilizzando un sensore speciale, i ricercatori hanno misurato il fattore di qualità e la frequenza delle risonanze.

"Il lavoro è iniziato con una teoria:Kirill Koshelev ha dimostrato che un fattore di alta qualità è sempre accompagnato da una forma simmetrica di risonanza. Questi risultati sono stati confermati nell'esperimento da Polina Kapitanova e Mikhail Rybin. Ora stiamo lavorando sull'applicazione pratica di questi risonatori . Recentemente, abbiamo proposto un convertitore di frequenza di luce non lineare basato su risonatori a disco di alta qualità. Ora continuiamo a sperimentare su altri materiali. Inoltre, i nostri risultati vengono utilizzati per creare sensori compatti sensibili. Alexey Slobozhanyuk ci sta attualmente lavorando, " aggiunge Andrey Bogdanov.