推进光信号处理:使用磁铁切换纳米激光器可实现更好的光子学

来源:未知       编辑:亚搏体育全站app
2021-12-31 18:57
等离子激光纳米点阵列
通过切换纳米点阵列的磁化,打开(顶部)和关闭(底部)等离子体激光器。放大的插图显示了单个纳米点周围的磁场。



用磁铁控制纳米激光器为更强大的光学信号奠定了基础。

阿尔托大学的新研究表明,磁场可用于打开和关闭纳米激光器。这一发现背后的物理学为不受外部干扰干扰的光信号的发展铺平了道路,从而实现了前所未有的信号处理鲁棒性。

激光将光聚集成极其明亮的光束,这些光束可用于各种领域,例如宽带通信和医疗诊断设备。大约十年前,被称为等离子体纳米激光器的极小而快速的激光器被开发出来。这些纳米激光器可能比传统激光器更节能,并且它们在许多领域都具有巨大优势——例如,纳米激光器提高了用于医疗诊断的生物传感器的灵敏度。

 

到目前为止,打开和关闭纳米激光器需要直接操纵它们,无论是机械地还是使用热或光。现在,研究人员已经找到了一种远程控制纳米激光器的方法。

“这里的新颖之处在于我们能够用外部磁场控制激光信号。通过改变磁性纳米结构周围的磁场,我们可以打开和关闭激光,”阿尔托大学的 Sebastiaan van Dijken 教授说。

该团队通过使用与正常材料不同的材料制造等离子体纳米激光器来实现这一目标。他们没有使用通常的贵金属,例如金或银,而是使用在连续的金和绝缘二氧化硅层上图案化的磁性钴铂纳米点。他们的分析表明,这种效果需要材料和纳米点在周期性阵列中的排列。

光子学向极其稳健的信号处理迈进

新的控制机制可能在一系列利用光信号的设备中被证明是有用的,但它对拓扑光子学新兴领域的影响更加令人兴奋。拓扑光子学旨在产生不受外部干扰干扰的光信号。通过提供非常强大的信号处理,这将在许多领域得到应用。

van Dijken 解释说:“我们的想法是,您可以创建特定的拓扑光学模式,这些模式具有某些特性,允许它们被传输并免受任何干扰。” “这意味着如果设备存在缺陷或因为材料粗糙,光线可以不受干扰地通过它们,因为它受到拓扑保护。”

到目前为止,使用磁性材料创建受拓扑保护的光信号需要强磁场。新的研究表明,使用具有特定对称性的纳米颗粒阵列可以意外地放大这种情况下的磁性效应。研究人员认为,他们的发现可以为新的纳米级拓扑保护信号指明方向。

“通常情况下,磁性材料会导致光的吸收和偏振发生非常小的变化。在这些实验中,我们在光学响应中产生了非常显着的变化——高达 20%。这是以前从未见过的,”van Dijken 说。

Academy Professor Päivi Törmä adds that “these results hold great potential for the realization of topological photonic structures wherein magnetization effects are amplified by a suitable choice of the nanoparticle array geometry.”

这些发现是阿尔托大学应用物理系 van Dijken 教授领导的纳米磁性和自旋电子学小组与 Törmä 教授领导的量子动力学小组长期合作的结果。














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