Une équipe de KAIST a développé une technique optique pour changer la couleur (fréquence) de la lumière en utilisant une limite spatio-temporelle. La recherche se concentre sur la réalisation d'une frontière spatio-temporelle avec un degré de liberté beaucoup plus élevé que les résultats des études précédentes en fabriquant une structure métallique mince sur une surface semi-conductrice. Une telle limite spatio-temporelle devrait être applicable à un dispositif optique de type film ultra-mince capable de changer la couleur de la lumière.

Le dispositif de conversion de fréquence optique joue un rôle clé dans la technologie de mesure et de communication de précision, et le dispositif a été développé principalement sur la base de la non-linéarité optique.

Si l'intensité de la lumière est très forte, le milieu optique répond de manière non linéaire donc aux phénomènes optiques non linéaires, tels que le doublage de fréquence ou le mélange de fréquence, peut être observé. De tels phénomènes optiques non linéaires sont généralement réalisés par l'interaction entre un laser à haute intensité et un milieu non linéaire.

Comme méthode alternative, la conversion de fréquence est observée en modifiant temporellement les propriétés optiques du milieu à travers lequel la lumière se déplace à l'aide d'un stimulus externe. Étant donné que la conversion de fréquence de cette manière peut être observée même sous une lumière faible, une telle technique pourrait être particulièrement utile dans les technologies de la communication.

Cependant, la modification rapide des propriétés optiques du milieu par un stimulus externe et les techniques ultérieures de conversion de la fréquence lumineuse n'ont été étudiées que dans le régime pertubatif, et il a été difficile de réaliser ces résultats théoriques dans des applications pratiques.

Pour réaliser une telle idée conceptuelle, Le professeur Bumki Min du département de génie mécanique et son équipe ont collaboré avec le professeur Wonju Jeon du département de génie mécanique et le professeur Fabian Rotermund du département de physique. Ils ont développé un matériau optique artificiel (métamatériau) en organisant une microstructure métallique qui imite une structure atomique et ont réussi à créer une frontière spatio-temporelle en modifiant brusquement la propriété optique du matériau artificiel.

Alors que les études précédentes n'ont que légèrement modifié l'indice de réfraction du milieu, cette étude a fourni une frontière spatio-temporelle en tant que plate-forme pour concevoir et modifier librement les propriétés spectrales du milieu. En utilisant ceci, l'équipe de recherche a développé un appareil qui peut contrôler la fréquence de la lumière dans une large mesure.

L'équipe de recherche a dit qu'une frontière spatio-temporelle, qui n'a été considéré que conceptuellement dans des recherches antérieures et réalisé dans le régime pertubatif, a été développé comme une étape qui peut être réalisée et appliquée.

Le professeur Min a dit, "La conversion de fréquence de la lumière devient concevable et prévisible, nos recherches pourraient donc être appliquées à de nombreuses applications optiques. Cette recherche présentera une nouvelle direction pour les projets de recherche sur les médias variant dans le temps dans le domaine de l'optique. »

Une équipe de KAIST a développé une technique optique pour changer la couleur (fréquence) de la lumière en utilisant une limite spatio-temporelle. La recherche se concentre sur la réalisation d'une frontière spatio-temporelle avec un degré de liberté beaucoup plus élevé que les résultats des études précédentes en fabriquant une structure métallique mince sur une surface semi-conductrice. Une telle limite spatio-temporelle devrait être applicable à un dispositif optique de type film ultra-mince capable de changer la couleur de la lumière.

Le dispositif de conversion de fréquence optique joue un rôle clé dans la technologie de mesure et de communication de précision, et le dispositif a été développé principalement sur la base de la non-linéarité optique.

Si l'intensité de la lumière est très forte, le milieu optique répond de manière non linéaire donc aux phénomènes optiques non linéaires, tels que le doublage de fréquence ou le mélange de fréquence, peut être observé. De tels phénomènes optiques non linéaires sont généralement réalisés par l'interaction entre un laser à haute intensité et un milieu non linéaire.

Comme méthode alternative, la conversion de fréquence est observée en modifiant temporellement les propriétés optiques du milieu à travers lequel la lumière se déplace à l'aide d'un stimulus externe. Étant donné que la conversion de fréquence de cette manière peut être observée même sous une lumière faible, une telle technique pourrait être particulièrement utile dans les technologies de la communication.

Cependant, la modification rapide des propriétés optiques du milieu par un stimulus externe et les techniques ultérieures de conversion de la fréquence lumineuse n'ont été étudiées que dans le régime pertubatif, et il a été difficile de réaliser ces résultats théoriques dans des applications pratiques.

Pour réaliser une telle idée conceptuelle, Le professeur Bumki Min du département de génie mécanique et son équipe ont collaboré avec le professeur Wonju Jeon du département de génie mécanique et le professeur Fabian Rotermund du département de physique. Ils ont développé un matériau optique artificiel (métamatériau) en organisant une microstructure métallique qui imite une structure atomique et ont réussi à créer une frontière spatio-temporelle en modifiant brusquement la propriété optique du matériau artificiel.

Alors que les études précédentes n'ont que légèrement modifié l'indice de réfraction du milieu, cette étude a fourni une frontière spatio-temporelle en tant que plate-forme pour concevoir et modifier librement les propriétés spectrales du milieu. En utilisant ceci, l'équipe de recherche a développé un appareil qui peut contrôler la fréquence de la lumière dans une large mesure.

L'équipe de recherche a dit qu'une frontière spatio-temporelle, qui n'a été considéré que conceptuellement dans des recherches antérieures et réalisé dans le régime pertubatif, a été développé comme une étape qui peut être réalisée et appliquée.

Le professeur Min a dit, "La conversion de fréquence de la lumière devient concevable et prévisible, nos recherches pourraient donc être appliquées à de nombreuses applications optiques. Cette recherche présentera une nouvelle direction pour les projets de recherche sur les médias variant dans le temps dans le domaine de l'optique. »