SIFIR İNDEKSLİ BİR DALGA KILAVUZU: ARAŞTIRMACILAR, İLK DEFA SONSUZA KADAR UZUN DALGA BOYLARINI DOĞRUDAN GÖZLEMLİYOR
(Mevcut silikon fotonik teknolojileri ile uyumlu bir sıfır endeksli dalga kılavuzu. Kredi: Second Bay Studios / Harvard SEAS)
2015 yılında Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu (SEAS) araştırmacıları, sıfır kırma indisine sahip ilk çip (yonga) üstü bir malzeme geliştirdiler; bu, ışığın fazının sonsuza kadar uzatılabileceği anlamına geliyor. Bu malzeme, ışığı manipüle etmek için yeni bir yöntem sundu ve çok çeşitli işlevleri yerine getirmek için elektron yerine ışık kullanan entegre fotonik devreler için önemli bir adımdı.
Şimdi SEAS araştırmacıları, bu teknolojiyi endeks dalga kılavuzunu mevcut silikon fotonik teknolojilerle uyumlu hale getirdi. Bunu yaparken ekip, genellikle gözlemlenemeyen, duran bir ışık dalgası olan fiziksel bir fenomeni gözlemledi.
Işık dalga boyu bir malzemeden geçtiğinde, dalga tepeleri ve çukurları malzemenin özelliklerine bağlı olarak sıklaşır veya seyrekleşir. Bir ışık dalgasının tepeleri ne kadar sklaştıysa, kırılma indisi olarak adlandırılan bir oranla ifade edilir, indeks değeri ne kadar büyük olursa, dalga boyu o kadar çok çökme yapar.
Kırılma indeksi sıfıra düştüğünde, ışık artık hareketli bir dalga gibi davranır, aksi halde fazlar olarak bilinen bir dizi tepe ve çukur olarak uzayda ilerler. Bunun yerine, dalga sonsuza kadar gerilir ve sabit bir faz oluşturur. Faz, yalnızca alanın değil zamanın bir değişkeni olarak salınır.
Çoğu optik cihaz iki veya daha fazla dalga arasındaki etkileşimi kullandığı için entegre fotoniklik için heyecan vericidir ve bunlar devre boyunca hareket ederken senkronize olmaları gerekir. Dalga boyu sonsuz uzunluktaysa, optik alanlar her yerde aynı olduğu için, dalga boylarının fazını eşleştirmek bir sorun teşkil etmez.
Ekip, çip üzerindeki ışığın gerçekten sonsuz gergin olup olmadığını test etmek için prizmaları kullandığından, tüm cihazlar bir prizma şeklinde inşa edildi. Fakat prizmalar, entegre devreler için özellikle yararlı şekiller değildir. Ekip, mevcut fotonik devrelere doğrudan takılan bir cihaz geliştirmek istedi ve bunun için en faydalı şekil düz tel veya dalga kılavuzu kullandı.
Araştırmacılar bir dalga kılavuzu inşa ettiler, ancak prizmanın yardımı olmadan, sıfır kırma indeksine sahip olup olmadığını ispatlamanın kolay bir yolu yoktu.
Genellikle bir ışığın dalga boyu çok küçüktür ve ortalamadan başka bir şey ölçmek için çok hızlı titreşir. Gerçekten bir dalga boyunu görmenin tek yolu parazit yaratmak için iki dalgayı birleştirmektir. Dizeleri bir gitar üzerinde düşünün, her iki tarafa sabitleyin. Bir dize koparıldığında, dalga dize geçer, diğer taraftaki pimi vurur ve aynı frekansta zıt yönlerde hareket eden iki dalga yaratarak geriye yansır. Bu tür parazitlenmeye "duran dalga" denir.
"Bu, silikon fotonik araç kutusuna önemli bir araç ekliyor," dedi Camayd-Muñoz. "Sıfır endeks rejiminde egzotik fizik var ve şimdi bunu entegre fotonikliğe getiriyoruz. Bu önemli bir adımdır, çünkü doğrudan geleneksel optik cihazlara takılabilir ve sıfır endeks fenomeni için gerçek kullanımları bulabiliriz." Gelecekte kuantum bilgisayarlar, fotonlarla iletişim kuran uyarılmış atom ağlarına dayanıyor olabilir. Atomların etkileşim aralığı kabaca ışığın dalga boyuna eşittir. Dalga boyunu büyük boyuta getirerek, kuantum cihazları ölçeklendirmek için uzun menzilli etkileşimleri sağlayabiliriz,” dedi.
Çeviri:Celal DEMİRTAŞ
Yayınlama tarihi: 10.10.2017