Nanofotonik ışık yayıcılar küçük, uyarlanabilir ve uygulamalı fizikte sayısız kullanım alanına sahiptir. Ki Young Lee ile Çin ve Birleşik Krallık’tan fizik ve mühendislik alanında çalışan bir araştırma ekibi, Science Advances’da yayımlanan yeni bir makalede mikron-altı ayak izi boyutuna, yüksek verimliliğe ve ayarlanabilir ışın şekillendirme özelliğine sahip topolojik bir ışın yayıcı yapı oluşturmayı önerdi.
Ekranlar, katı hal ışık algılama, optik ara bağlantılar ve telekomünikasyon gibi bir dizi uygulamayı tespit etmek için önerilen cihaz, çok arzu edilen ve etkili bir mikro ışık yayıcı sağladı.
Topolojik arayüz durumları çevresel şoklara karşı olağanüstü dirençlidir ve ayırt edici fiziksel özelliklere sahiptir. Fotonik topolojik olayların telekomünikasyon, veri işleme ve sensör uygulamalarında vaat ettikleri, çok sayıda matematikçi ve fotonik uzmanının dikkatini çekmiştir.
Lee ve meslektaşları bu makalede Hermitian olmayan topolojik fotoniklerle bağlantılı benzersiz uzak alan optik özelliklerini araştırdılar. İki kılavuzlu mod rezonans ızgarasının, ayarlanabilir ışın şekillendirme yeteneklerine sahip yüksek verimli mikron altı ışık yayıcılar olarak işlev görebilen bir topolojik bağlantı meta yüzeyini nasıl oluşturduğunu gösterdiler.
Ekibin çalışmalarında, bir açıklığın yokluğunda, yan yana yerleştirilmiş iki farklı güdümlü mod rezonans ızgarasına sahip bir kavşak kullanıldı. Bu tür yapılarda, tarihsel olarak önemli bir rölativistik modele karşılık gelen kavşaktaki sızdıran Jackiw-Rebbi (JR) durumu tarafından dar bir ışık demeti yayıldı. Kavite-kuantum elektrodinamiği eşleşmesi ve elektromanyetik hunileme fenomeni, prosedürün arkasındaki itici güçlerdi. Araştırma boyunca ekip, topolojik ışın emisyonunun temel bir teorisini araştırdı ve titiz sayısal hesaplamalar gerçekleştirdi.
Yapının yüksek indeksli bir katmanı muhafaza ettiği fotonik bir topolojik bağlantı meta yüzeyinde, Lee ve arkadaşları sızdıran JR durumunu araştırdı.
Belirli koşullar altında, JR durumundan gelen birinci dereceden kırınım, çevredeki arka plana doğru ışın sızıntısı radyasyonuna neden olarak, çalışmanın sızıntı radyasyonunun karakteristik özelliklerini toplamasına izin verdi.
Ekip, sızıntılı JR durumuyla ilişkili dar ışın emisyonuna dayalı olarak topolojik bağlantı noktasına yakın ışık kaynaklarının emisyon özelliklerini inceledi. Optik uzak alanda yayılan dar bir ışını ortaya çıkaran sonlu elemanlar yaklaşımını kullanarak radyasyon modelini hesapladılar. Ekip daha sonra, yayılan ışının mükemmel simetrisini elde etmek için, iki ızgara bölgesinin aynı Dirac kütlesine sahip olduğu bir yapı inşa etme potansiyelini tartıştı.
Bu deneyler sırasında izotropik ışık kaynaklarından gelen dar ışın emisyonu, JR durumundan sızan radyasyonun kırınım özellikleriyle tam olarak eşleşti. Grup, varsayılan ışınlama etkisinin dış kaynaklarını hesaba katmak için diğer değişikliklerin yanı sıra daha düşük bir indeks kontrastı ve dikey olarak bağlanmış çok katmanlı dalga kılavuzları da dahil olmak üzere deney düzeneğinde ayarlamalar yaptı.
Işık kaynaklarının birçok yaygın kullanımı, ışın şeklinin anlaşılmasını gerektirir. Tanımlanan topolojik ışınlama olgusu, ışın formunu doğrudan kaynakta kontrol etme fırsatı sunuyor. Araştırmacılar, beklenen ışın profilini üretmek için gereken Dirac kütle dağılımının bir tanımını sağladılar.
Örneğin, sıfır Dirac kütle bölgesi cihazın bağlantı noktası etrafında ve düz bir üst ışın üretmek için gerekli genişlik boyunca genişletilebilir. Bu nedenle, ışın şekillendirme uygulamaları, yönlendirilmiş mod rezonans Dirac kütle yönetiminin sonuçları ile etkili bir şekilde kolaylaştırılabilir.
Ki Young Lee ve arkadaşları, etkili ışın emisyonu için bu şekilde bir topolojik bağlantı meta yüzeyi önermiştir. Kavitedeki sızdıran bir Jackiw-Rabbi durumunun alan dağılımlarını simüle etmek ve iç yayıcılardan etkili ışık ışıması üretmek için boşluk-kuantum elektrodinamiği eşleşmesini elektromanyetik huni fenomeni ile entegre ettiler.
Güçlü lokalizasyon, yüksek kuantum verimliliği ve esnek ışın şekillendirme yetenekleri verimli mikro-ışık yayıcılar gerektirir ve önerilen mimari bunların geliştirilmesi için önemlidir.
Bu özellikler, ekran piksellerinin oluşturulması, lazer işleme ve telekomünikasyon uygulamaları gibi çeşitli kullanımlar için çok önemlidir. Önerilen cihazlar teorik olarak zaman tersine çevrilmiş yayıcılar olarak çalışabildiğinden, etkili optik dedektörler olarak da işlev görebilirler. Araştırmacılar, mevcut teknik kısıtlamaların ötesine geçecek yeni optik etkiler ve ilgili cihaz uygulamaları oluşturmak için çalışma sonuçlarında daha fazla ayarlama yapılmasını önermektedir.
Kaynak: phys.org/news
