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    Quantificação direta da proteção topológica em estados de borda fotônicos em comprimentos de onda de telecomunicações

    uma, Renderização 3D da micrografia eletrônica de varredura do VPC com uma estrutura trapezoidal (em forma de Ω) ao longo da parede do domínio, compreendendo quatro cantos agudos e os dois VPCs invertidos por paridade mostrados em cores falsas. A extensão superior mostra o mapa bidimensional completo da amplitude do espaço real do estado de propagação da borda. b, Razão de energia para trás / para a frente calculada antes (ηR1) e depois (ηR2) do defeito em forma de Ω na parede do domínio VPC. A inserção mostra como as energias de propagação reversa antes e depois do defeito em um VPC são quase indistinguíveis na faixa de frequência. Comparando isso com as razões de energia para trás / para frente para um guia de onda W1 não otimizado em c permitiu quantificar o retrodifusão em um único canto como sendo <0, 07%. Crédito:Sonakshi Arora, Thomas Bauer, René Barczyk, Ewold Verhagen e L. Kuipers

    Os cristais fotônicos adaptados topologicamente (PhC) abriram a possibilidade de se obter um transporte unidirecional robusto de sistemas clássicos e quânticos. A demanda por recursos de orientação sem precedentes que suportam o transporte sem obstáculos em torno de imperfeições e cantos agudos em comprimentos de onda de telecomunicações, sem a necessidade de qualquer otimização, é fundamental para a distribuição eficiente de informações por meio de densas redes fotônicas no chip. Contudo, propriedades de transporte de realizações experimentais de tais estados topologicamente não triviais foram inferidas por medições de transmissão e, embora a robustez tenha sido atestada nos regimes linear e não linear, sua quantificação exata continua desafiadora.

    Em um novo artigo publicado em Ciência leve e aplicações , uma equipe de pesquisadores liderada por L. Kuipers da Delft University of Technology e E. Verhagen da AMOLF, ambos na Holanda, relata uma avaliação de robustez rigorosa de estados próprios de borda fotônica em comprimentos de onda de telecomunicações.

    Eles fabricam um cristal fotônico vale (VPC) que consiste em dois orifícios triangulares equiláteros de tamanhos diferentes por célula unitária em uma plataforma de silicone sobre isolante. A estrutura de banda de uma parede de domínio resultante de duas cópias invertidas de paridade de tal rede PhC contém dois modos próprios de estado de borda degenerados com uma dispersão linear. Uma vez que esses estados estão abaixo da linha clara, eles não se acoplam à radiação de campo distante e, portanto, apresentam perdas radiativas insignificantes. Cada um desses estados de borda tem um pseudo-spin único, resultando em uma única direção na qual os estados ópticos se propagam. Uma transmissão de banda larga notavelmente grande, como esperado de um estado de borda protegido topologicamente, foi medido. Ao visualizar a função de onda espacial dos modos de borda com um microscópio óptico de campo próximo com resolução de fase, os pesquisadores mediram com alta relação sinal-fundo um diagrama de dispersão extraído experimentalmente. A técnica permitiu que eles separassem a luz propagada para frente das ondas que viajavam para trás com extrema sensibilidade e, assim, realizassem "monitoramento local de retroespalhamento ao longo da parede do domínio".

    Os pesquisadores complementaram ainda mais sua análise quantitativa medindo as propriedades de um modo de propagação ao longo de um guia de ondas W1 PhC padrão topologicamente trivial.

    A equipe descobriu que "Em total contraste com o modo de avanço e retrocesso de um VPC, os modos W1 mostram perda significativa em todo o defeito. Além disso, o mapa de amplitude retroativa normalizado demonstra que as reflexões dominantes já ocorrem no primeiro canto de 120 °. O modo de energia aqui é convertido em uma onda refletida de volta e, adicionalmente, experimenta espalhamento fora do plano ". Além disso, para obter uma imagem completa da contribuição de retroespalhamento, os pesquisadores desenvolveram um modelo de matriz de transferência que revelou inequivocamente que:

    "Uma rede PhC protegida topologicamente reduz a retro-reflexão experimentalmente alcançável de cantos agudos individuais em duas ordens de magnitude ao longo de toda a faixa de frequência do estado de borda, em comparação com um guia de ondas W1 padrão. "


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