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用于光计算的可控制光散射的硅基纳米天线

本文摘要:一组彼得堡国立信息技术机械与光学大学、莫斯科物理技术学院和得克萨斯大学奥斯汀分校的物理学家,早已研发出有了一个非常规的纳米天线,需要各不相同入射光辐射强度展开光的特定方向的衍射。该项研究结果将有助电信系统中的灵活性的光学信息处理的发展。 光子作为电磁辐射的载体,既没质量,也没电荷。这意味著,光是比较无法掌控的,不像例如电子那样可以通过产生恒定的电场展开掌控。 然而,一些如纳米天线等设备需要一定程度上构建电磁波的传播掌控。 一个必须先进设备的光处置的领域即发展光学计算机。

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一组彼得堡国立信息技术机械与光学大学、莫斯科物理技术学院和得克萨斯大学奥斯汀分校的物理学家,早已研发出有了一个非常规的纳米天线,需要各不相同入射光辐射强度展开光的特定方向的衍射。该项研究结果将有助电信系统中的灵活性的光学信息处理的发展。  光子作为电磁辐射的载体,既没质量,也没电荷。这意味著,光是比较无法掌控的,不像例如电子那样可以通过产生恒定的电场展开掌控。

然而,一些如纳米天线等设备需要一定程度上构建电磁波的传播掌控。  一个必须先进设备的光处置的领域即发展光学计算机。

在这些设备中,信息不是由电子装载的,而是由光子装载的。用于光而不是带电粒子有可能大大提高传输和处置信息的速度。

构建这种类型的电脑必须一种具备在或许上产生一个恒定的电场或磁场或通过转变入射光的强度,就可展开操控的特点的例如特定的纳米天线设备。  公开发表在《激光与光子学的评论》杂志上的一篇文章中,研究人员设计了一种新型的非线性纳米天线,其可以根据入射波强度展开转变光的衍射方向(图1)。该研究明确提出的纳米天线的核心是硅纳米颗粒,其在严苛的激光辐射下可产生电子等离子体。

作者以前证明了用于这些纳米粒子展开非线性和超快掌控光的可能性。研究人员然后设法操控部分光展开前向和后向的电磁辐射衍射。

现在,通过转变入射光的强度,他们早已寻找了一种方法来把一个散射光约束在所需的方向。  转动的纳米天线的电磁辐射模式,使用硅等离子体激励机制。该研究中的纳米天线是一个直径平均的二聚体两硅球。

利用很弱激光展开太阳光,该天线将由于其不平面的形状展开光线的衍射(如图2A蓝图)。可展开两个纳米粒子直径的自由选择,使一个粒子在激光的波长处构建共振。  在强劲激光脉冲的太阳光下,不会在共振粒子中产生电子等离子体,这不会造成粒子的光学性质的变化。

而其它的粒子所谓共振的,强劲的激光场对其的影响较小。一般来说,通过精确自由选择两个粒子的比较大小以及入射光束等参数(持续时间和强度)展开人组,甚至有可能让粒子完全是完全相同的大小,从而天线不会让光束光线(在图2a红色)。  现有的光学纳米天线可以在非常长的范围内展开光的掌控。

然而,这种能力一般来说是由于在它们的结构和构成它们的材料所带给的,因此它是不有可能在任何时候展开配备这些特点的,DenisBaranov说道,他是莫斯科物理技术学院的研究生且是论文的第一作者。然而我们研究的这种纳米天线的性质,是可以动态改动的。

当我们用黯淡的激光脉冲太阳光它时,我们不会获得一个结果,但当用一个反感的脉冲时,结果不会是几乎有所不同的。  科学家们对光的衍射机理的数值仿真如图2(b)。建模结果表明,当纳米天线由黯淡的激光束展开太阳光时,光不会衍射到天线一侧。

然而,当用强激光脉冲展开太阳光纳米天线时,不会造成装置内的电子等离子体的衍射图案转动20度(红色线)。这就获取了一个构建入射光脉冲在有所不同方向转动很弱或强劲的方法。  SergeyMakarov,他是彼得堡国立信息技术机械与光学大学纳米光子学和材料系由的资深研究员,他说道在这项研究中,我们集中于研究在测量尺寸大于200200500纳米的纳米光学芯片。

这近大于一个装载信息的光子的波长。新的设备将使我们需要以比起基于电子的类似于设备更佳的速度上展开光的传播方向的转变。我们的设备将需要构建很短的时间内将一个信号分配到两个光信道,这对于现在通信系统来说是十分最重要的。

  今天,通过光纤展开信息的传播的速度已超过几百Gbit/s,而利用现代这些单个元件只有几个Gbit/s的速度的电子设备展开信号的处置十分快。这里明确提出的非线性光学纳米天线可以解决问题这个问题,因为它工作在250Gbit/s,这为光学信息的较慢处置获取了方法。由研究人员研发的非线性天线获取了在纳米量级展开掌控光的更好的机会,这也将是顺利研发光子计算机和其他类似于的设备所必须的。


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