Os físicos da ITMO University, O Ioffe Institute e a Australian National University examinaram um novo mecanismo de realização de ressonadores ópticos de alta qualidade. Baseia-se na interferência destrutiva mútua de dois estados ópticos de baixa qualidade em um ressonador, permitindo o "aprisionamento" seguro de luz em vários materiais, mesmo em pequenas escalas. Os resultados teóricos do trabalho foram confirmados experimentalmente, estabelecendo as bases para novos dispositivos em miniatura:sensores eficazes, filtros ópticos e fontes de luz não lineares. O artigo de pesquisa é publicado em SPIE Advanced Photonics .

Em geral, As ressonâncias de Fano surgem devido à interação de duas ondas com uma certa relação entre as amplitudes e fases, por exemplo, durante o espalhamento da radiação eletromagnética. Este processo é investigado ativamente e amplamente utilizado para criar ressonadores:dispositivos que amplificam o sinal eletromagnético. Os principais parâmetros das ressonâncias de Fano, determinar a largura e assimetria do pico, eram geralmente considerados independentes. Portanto, eles foram ajustados separadamente para atingir o fator de qualidade máximo (fator Q):recurso, mostrando como o ressonador captura e intensifica a radiação.

Contudo, os cientistas da ITMO University mostraram que os parâmetros de ressonância estão conectados:quando o pico de ressonância no espectro da radiação espalhada torna-se simétrico, sua largura se torna mínima, levando ao fator Q máximo. Isso acontece quando a geometria do ressonador muda e causa uma interação incomum de vários estados ou modos. Os físicos relacionaram este fenômeno com a classe recentemente proposta de ressonadores, que funcionam em uma escala de comprimento de onda para uma ampla classe de materiais.

"Usualmente, para criar uma ressonância de alta qualidade, é preciso capturar a luz em algum lugar usando bons espelhos ou um ambiente com alto índice de refração, do qual a luz não sairá facilmente. Mas descobrimos um novo mecanismo de captura de luz e o descrevemos em nossos artigos anteriores. É baseado em dois modos de baixa qualidade, cada um prendendo a luz fracamente, que juntos podem formar um novo estado com um fator Q muito alto. Dois pontos negativos fazem um ponto positivo. Neste trabalho realizamos experimentos para comprová-lo e desenvolvemos uma compreensão teórica mais profunda, "explica Kirill Koshelev.

Como resultado, cientistas, pela primeira vez, mostraram experimentalmente que essa interação incomum de ressonâncias é possível. O experimento foi feito em microondas com uso de vaso cilíndrico. O navio estava sendo enchido com água gota a gota, de modo que a altura do pilar mudava constantemente. Ao mesmo tempo, usando um sensor especial, pesquisadores mediram o fator de qualidade de ressonâncias e frequência.

“O trabalho começou com uma teoria:Kirill Koshelev provou que o fator de alta qualidade é sempre acompanhado por uma forma simétrica de ressonância. Esses resultados foram confirmados no experimento de Polina Kapitanova e Mikhail Rybin. Agora estamos trabalhando na aplicação prática desses ressonadores . Recentemente, propusemos um conversor de frequência não linear de luz baseado em ressonadores de disco de alta qualidade. Agora continuamos a fazer experiências em outros materiais. Além disso, nossos resultados são usados ​​para criar sensores compactos sensíveis. Alexey Slobozhanyuk está trabalhando neles, "acrescenta Andrey Bogdanov.