Новые фотонные кристаллы времени могут улучшить лазеры и беспроводную связь

В недавнем исследовании, опубликованном в Science Advances, группа ученых создала новый метод изготовления фотонных кристаллов времени, которые представляют собой тип искусственного материала, способного усиливать падающий на них свет. Это исследование обладает потенциалом для улучшения как лазеров, так и беспроводной связи.

Кристаллы времени были впервые обнаружены в 2012 году, и более знакомые кристаллы времени, известные как обычные кристаллы времени, обладают структурным рисунком, который повторяется только в пространстве. В отличие от этого, и как следует из их названия, кристаллы времени обладают структурным рисунком, который повторяется во времени. До 2022 года в научном сообществе скептически относились к тому, что кристаллы времени вообще могут существовать, но исследования того года опровергли эти предположения.

В ходе этого последнего исследования удалось создать фотонные кристаллы времени, которые работают на микроволновых частотах, демонстрируя при этом их способность усиливать волны в электромагнитном спектре. В то время как предыдущие исследования до сих пор были сосредоточены на трехмерных структурах, ученые обнаружили множество проблем, связанных с этим методом. Но нынешняя исследовательская группа решила сосредоточиться на двумерных структурах, известных как метаповерхность.

“Мы обнаружили, что уменьшение размерности с 3D до 2D структуры значительно упростило реализацию, что позволило реализовать фотонные кристаллы времени в реальности”, сказал доктор Сючен Ван, который был докторантом Университета Аалто для исследования и в настоящее время находится в Технологическом институте Карлсруэ. Этот 2D-подход позволил исследователям создавать фотонные кристаллы времени и экспериментировать с ними.

“Мы впервые продемонстрировали, что фотонные кристаллы времени могут усиливать падающий свет с высоким коэффициентом усиления”, - говорит Ван. “В фотонном кристалле времени фотоны расположены по схеме, которая повторяется с течением времени. Это означает, что фотоны в кристалле синхронизированы и когерентны, что может привести к конструктивным помехам и усилению света”.

Как уже отмечалось, потенциальные области применения фотонных кристаллов времени включают улучшение беспроводной связи за счет усиления электромагнитных волн, что приводит к созданию более мощных беспроводных передатчиков. Доктор Ван отмечает, что покрытые поверхности 2D фотонных кристаллов времени также могут помочь уменьшить затухание сигнала наряду с упрощением конструкции лаз.

“Когда распространяется поверхностная волна, она страдает от материальных потерь, а уровень сигнала снижается. Благодаря встроенным в систему 2D-фотонным кристаллам времени можно усилить поверхностную волну и повысить эффективность связи”, - говорит Ван.