Skip to content
Home » Onderzoekers stellen een optische holte voor een zwart gat voor op basis van transformatie-optica

Onderzoekers stellen een optische holte voor een zwart gat voor op basis van transformatie-optica

    Onderzoekers stellen een optische holte voor een zwart gat voor op basis van transformatie-optica
    Conform optisch zwart gat voor holte

    Het in kaart brengen van de homogene brekingsindexverdeling in de oorspronkelijke rechte ruimte (a) naar een cirkelvormige OBH-holte (b) met gradiëntindex. Het kerngebied van de OBH-holte wordt afgekapt als een homogene index. De quadrupoolholte (c1) en pinda-achtige holte (c2) wordt getransformeerd van de cirkelvormige OBH-holte onder verschillende structurele parameters. Krediet: Qingtao Ba, Yangyang Zhou, Jue Li, Wen Xiao, Longfang Ye, Yineng Liu, Jin-hui Chen en Huanyang Chen

    Whispering-gallery-mode (WGM) holtes vormen een intrigerend platform voor het intens verbeteren van de interactie tussen licht en materie. Het legt de basis voor lasers met ultralage drempelwaarde, ultragevoelige detectie, niet-lineaire optica en kwantumfotonica. De conventionele WGM-holte is samengesteld uit homogene materialen met een constante brekingsindex, zowel in de kern als in de bekleding. Het lichtveld wordt in de holte opgesloten door de totale interne reflectie (TIR) ​​en versterkt door constructieve interferentie. De ultrahoge Q-factor is gerealiseerd in verschillende diëlektrische WGM-holtes met een groot modusvolume (V) en impulsmoment.


    Niettemin is het intrinsieke stralingsverlies in een open grensholte met een eindige diëlektrische constante alomtegenwoordig vanwege de lichttunneling van het gebogen oppervlak op analoge wijze vanuit de kwantummechanica. Dit stralingsverlies neemt opmerkelijk toe en wordt het dominante verliesmechanisme wanneer de resonantiegolflengte vergelijkbaar is met de geometrie van de holtes. Er is een niet-aflatende inspanning om de Q/V in optische holtes te optimaliseren, wat erg belangrijk is bij het onderzoeken van holte-kwantumelektrodynamica (QED).

    In een nieuw artikel gepubliceerd in eLight, wetenschappers onder leiding van professor Huanyang Chen en Dr. Jin-hui Chen van de Universiteit van Xiamen onderzocht WGM-holtes. Hun paper, getiteld “Conformal optisch zwart gat voor holte”, stelde een holte voor optisch zwart gat (OBH) voor op basis van transformatie-optica.

    Er zijn verschillende benaderingen voorgesteld om het stralingsverlies te manipuleren en de Q-factor te verbeteren. De plasmonische holte werd bijvoorbeeld geconstrueerd met behulp van de sterke optische veldlokalisaties van metalen. Het intrinsieke ohmse verlies in het plasmonische platform is echter onvermijdelijk. Als alternatief werden de radiaal anisotrope bekledingen geïmplementeerd om meer energie in de kern van de holte te comprimeren, wat resulteerde in een strakkere optische opsluiting en een aanzienlijk hogere Q-factor. Helaas zijn de anisotrope parameters nog steeds een uitdaging om te implementeren voor natuurlijke materialen.

    Conform optisch zwart gat voor holte

    (a) Experimentele opstelling van het microgolf-nabij-veld-scansysteem Inzet: foto van het gefabriceerde monster. (b) Ontwerp de grootteverdelingen van de opening in OBH-gelaagde structuren. (c) Vergelijking van gesimuleerde Q-factor in continue en discrete OBH-holte met verschillende azimutale modusnummers. ( d ) Experimentele genormaliseerde resonantiespectra van OBH-holte en homogene holte met modusnummer m = 3 en m = 4. De massieve rondingen zijn Lorentz fittingen. Gemeten WGM-veldpatroon met modusnummer (e₁) m=3 en (e₂) m=4. Gesimuleerd WGM-veldpatroon met modusnummer (f₁) m=3 en (f₂) m=4. De witte curven zijn de kern en de bekledingsmateriaalgrens van het OBH-holteapparaat. Krediet: Qingtao Ba, Yangyang Zhou, Jue Li, Wen Xiao, Longfang Ye, Yineng Liu, Jin-hui Chen en Huanyang Chen

    Transformatie-optica (TO) biedt een grote veelzijdigheid voor het manipuleren van lichtstralen en elektromagnetische velden met nieuwe functionaliteiten. Veel fascinerende optische structuren ontworpen door TO maken lichtafbuiging en trapping mogelijk om de kosmologische effecten na te bootsen.

    Het onderzoeksteam gebruikte de TO-theorie om een ​​klasse OBH-holtes te construeren. De WGM-velden buiten de kern van de cirkelvormige OBH-holte blijken een onconventionele vervalregel van conforme mapping te volgen. Gebruikmakend van het effectieve potentiële model, bewezen ze dat het stralingsverlies van WGM in de ideale OBH-holte volledig kan worden geremd; dus de straling Q-factor is oneindig.

    Het team demonstreerde ook de verbetering van de Q-factor en de strakke veldopsluiting van de afgeknotte OBH-holte. Dat werd vergeleken met een homogene holte in de microgolfspectra. De cirkelvormige OBH-holte wordt verder toegepast op de willekeurig gevormde holtes, inclusief single-core en multi-core structuren met een hoge Q-factor.

    Dit onderzoek effent de weg naar oppervlakteveldmanipulatie met conforme transformatie. Het kan worden gegeneraliseerd naar resonantiemodi van verschillende golfsystemen, zoals akoestische en elastische golven, en vindt toepassingen in het oogsten van energie en opto-elektronica.


    Optische holtes kunnen nieuwe technologische mogelijkheden bieden


    Informatie:
    Qingtao Ba et al, Conform optisch zwart gat voor holte, eLight (2022). DOI: 10.1186/s43593-022-00026-y

    Geleverd door de Chinese Academie van Wetenschappen

    citaten: Onderzoekers stellen een optische holte voor een zwart gat voor op basis van transformatie-optica (2022, 30 september) opgehaald op 30 september 2022 van https://phys.org/news/2022-09-optical-black-hole-cavity-based.html

    Op dit document rust copyright. Afgezien van een eerlijke handel ten behoeve van eigen studie of onderzoek, mag niets worden gereproduceerd zonder schriftelijke toestemming. De inhoud wordt uitsluitend ter informatie verstrekt.