Les physiciens de l'Université ITMO, Ioffe Institute et l'Australian National University ont examiné un nouveau mécanisme de réalisation de résonateurs optiques de haute qualité. Il est basé sur l'interférence destructrice mutuelle de deux états optiques de faible qualité dans un résonateur permettant un "piégeage" sécurisé de la lumière dans divers matériaux, même à petite échelle. Les résultats théoriques des travaux ont été confirmés expérimentalement, poser les bases de nouveaux dispositifs miniatures :capteurs performants, filtres optiques et sources lumineuses non linéaires. Le document de recherche est publié dans SPIE Advanced Photonics .

En général, Les résonances Fano sont dues à l'interaction de deux ondes avec une certaine relation entre les amplitudes et les phases, par exemple, pendant la diffusion du rayonnement électromagnétique. Ce processus est activement étudié et largement utilisé pour créer des résonateurs :des dispositifs qui amplifient le signal électromagnétique. Les principaux paramètres des résonances de Fano, déterminer la largeur du pic et l'asymétrie, étaient généralement considérés comme indépendants. Par conséquent, ils ont été réglés séparément de manière à atteindre le facteur de qualité maximal (facteur Q) :fonctionnalité, montrant à quel point le résonateur piège et améliore le rayonnement.

Cependant, les scientifiques de l'université ITMO ont montré que les paramètres de résonance sont liés :lorsque le pic de résonance dans le spectre du rayonnement diffusé devient symétrique, sa largeur devient minimale, conduisant au facteur Q maximum. Cela se produit lorsque la géométrie du résonateur change et provoque une interaction inhabituelle de plusieurs états ou modes. Les physiciens ont lié ce phénomène à la classe de résonateurs récemment proposée, qui fonctionnent sur une échelle de sous-longueur d'onde pour une large classe de matériaux.

"D'habitude, pour créer une résonance de haute qualité, il faut piéger la lumière quelque part en utilisant de bons miroirs ou un environnement avec un indice de réfraction élevé, d'où la lumière ne sortira pas facilement. Mais nous avons trouvé un nouveau mécanisme de piégeage de la lumière et l'avons décrit dans nos articles précédents. Il est basé sur deux modes de faible qualité, chacun piégeant faiblement la lumière, qui ensemble peuvent former un nouvel état avec un facteur Q très élevé. Deux inconvénients font un plus. Dans ce travail, nous avons mené des expériences pour le prouver et développé une compréhension théorique plus approfondie, " explique Kirill Koshelev.

Par conséquent, les scientifiques ont montré pour la première fois expérimentalement qu'une telle interaction inhabituelle des résonances est possible. L'expérience a été réalisée dans des micro-ondes à l'aide d'un récipient cylindrique. Le navire se remplissait d'eau goutte à goutte, de sorte que la hauteur des piliers changeait constamment. À la fois, à l'aide d'un capteur spécial, les chercheurs ont mesuré le facteur de qualité et la fréquence des résonances.

"Le travail a commencé par une théorie :Kirill Koshelev a prouvé qu'un facteur de haute qualité s'accompagne toujours d'une forme symétrique de résonance. Ces résultats ont été confirmés dans l'expérience de Polina Kapitanova et Mikhail Rybin. Nous travaillons maintenant sur l'application pratique de ces résonateurs. . Récemment, nous avons proposé un convertisseur de fréquence de lumière non linéaire basé sur des résonateurs à disque de haute qualité. Maintenant, nous continuons à expérimenter sur d'autres matériaux. En outre, nos résultats sont utilisés pour créer des capteurs compacts sensibles. Alexey Slobozhanyuk travaille actuellement sur eux, " ajoute Andrey Bogdanov.