被困彩虹的10年:慢光革命

被困彩虹的10年:慢光革命

10年提示灯可以大大减缓甚至停止了新的材料,赫斯回顾Ortwin及应用的研究进展。

光的最高速度非常快:每秒299792458米。当它通过透明材料,如水或玻璃时,它会轻微减速。然而,科学家们认为,通过将光减慢到更大的程度——使它慢上百万倍——他们可以以全新的方式使用它,例如传送和储存信息,或者询问和控制单个分子。PCBA加工

2007、Ortwin Hess教授,现在球椅在材料中的物理系在帝国,与他的学生Kosmas Tsakmakidis及其合作者Allan Boardman发表的理论文章。

他们建议使用超材料——那些设计在自然界中没有发现的特性——它们可以减慢光的速度,甚至可以捕获它。现在,10年过去了,他们发表了一篇关于这个想法如何导致新理论、实验和应用的科学评论。

我们和赫斯教授讨论了光是如何形成一个“陷阱彩虹”的,以及潜在的应用程序现在如何扩展到磁存储、激光、生物成像甚至地震屏蔽。

什么是“陷阱彩虹”,它是如何工作的?

的过程中创造一个捕获的彩虹依靠材料或其结构赋予特殊的负面性质,被“正常”的材料。

当光线通过特殊的材料时,它在两种材料相遇的小台阶上向后推。这就像在一个陡峭的雪坡上行走——每走一步,你都会后退一点,减慢你的进度。

材料的不同之处在于,每次光线被推回时,速度越来越慢。最终,当白光变慢时,它的不同组成部分——光谱的所有颜色——停在不同的点上,形成一个“被困的彩虹”。

自最初的想法以来,许多团体已经测试了各种方法来做这项工作。有些材料已经发生了变化,但这个想法仍然是相同的,并导致了一些有趣的潜在应用。

在您的原始文件中,您建议它可以用于数据传输。那会怎样呢?

光的传播速度非常快,而且是宽带——意味着它覆盖了光谱的一大部分——它可以是一种非常有效的数据传输方法。举例来说,光纤网络连接是如何工作的。

然而,为了从快速移动的流中访问数据,我们需要减慢速度。这就像一辆汽车离开高速公路——当它接近路口时必须减速。这个过程称为缓冲。

目前,慢光信号下,我们必须将其转换为电脉冲信号,再将这些光一旦被访问,回到原始数据。通过减慢光本身,而不是转换它,这个过程会更有效率。我们还可以更广泛地使用光来传输数据。

你在研究中如何使用慢光和停止光?

单向慢光有用的是增加光和物质之间的相互作用。通常,因为光传播得很快,它与物质的作用不太密切。通过放慢速度,我们可以使这些相互作用更强,以新的方式处理物质。

被困彩虹的10年:慢光革命例如,我们实现了这个最近与剑桥大学合作。我们把一个分子和一个光子——一个微粒——在一个微小的陷阱中,使它们的性质混合在一起。

我的团队也在停止光激光感兴趣。激光是特定波长的光的放大光源,可以聚焦到光束中,并在远距离传输而不会失去焦点,就像传统的手电筒那样。

激光是通过将能量泵入电子态(例如分子)来产生的,当它们放松到较低的能量时,就会产生光子。然后这些光子在受限空间中反弹,刺激更多活跃分子同步释放光子,直到产生高能光束。

停止光会使活跃分子和光子之间的相互作用更加紧密,可能使激光更容易形成,更容易在局部形成,而不必绕空间跳跃。

自从你提出这个想法以来,人们提出了许多创新的应用。你能告诉我们其中的一些吗?

从理论上讲,我们的有趣的应用都与调查物质和包停止或慢光的量子特性。

一个有趣的实际例子是将光线引导到一个小点上,以便在微观尺度上产生非常局部的加热。一个主要的应用是增强磁存储-那种运行你的计算机硬盘驱动器。

磁存储需要形成微小的磁场,但目前这些磁场的大小很小,限制了存储设备的体积。通过在一个非常狭窄的区域减慢光,我们可以增加它的强度。这导致加热在一个非常小的规模,创造微型磁场,这意味着我们可以增加存储密度或减少设备的大小。

被困彩虹的10年:慢光革命另一个潜在的应用是在生物医学成像。为了对某些生物材料进行成像,必须增加激光的强度,但这会破坏样品。通过减慢光,我们可以让它与样品相互作用更长时间而不会破坏光。

慢波的“受困彩虹”概念并没有被应用于光。它也适用于电子。一个真正的创新想法,实际上是由一个研究小组,包括帝国研究人员测试,正在减缓地震波。通过将大规模的超材料结构的结构切割到地面甚至进入树木,它们显示了将地震波重新定向到地面,保护结构免受地震的可能。

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