Созданы резонаторы нового типа

0

Международный коллектив ученых исследовал механизм работы резонаторов с высокой добротностью. Он основан на взаимном разрушении двух низкодобротных состояний в одном резонаторе и позволяет надежно «запирать» свет в структурах из различных материалов даже на мелких масштабах. Теоретические результаты работы были подтверждены экспериментально. Они могут стать основой новых миниатюрных устройств: чувствительных сенсоров, оптических фильтров и нелинейных источников света. Статья ученых опубликована в SPIE Advanced Photonics.

Резонансы Фано возникают при взаимодействии двух волн с определенными соотношениями амплитуды и фазы, например, при рассеянии электромагнитного излучения. Они активно исследуются и широко применяются для создания резонаторов: устройств, усиливающих электромагнитный сигнал. Два основных параметра этих резонансов, определяющих ширину пика и его асимметрию, обычно считались независимыми друг от друга и настраивались отдельно так, чтобы добиться максимальной добротности. Эта характеристика резонатора показывает, как хорошо он удерживает и усиливает излучение.

Однако ученые Университета ИТМО показали, что параметры резонансов связаны между собой: когда резонансный пик в спектре рассеянного излучения становится симметричным, его ширина становится минимальной, а добротность — максимальной. Это происходит при изменении размеров резонатора из-за того, что в нем возникает необычное взаимодействие нескольких состояний или мод. Физики связали это явление с недавно предложенным механизмом реализации резонаторов с гигантской добротностью. Преимущество механизма в том, что он работает на малых масштабах для широкого класса материалов.

«Обычно, чтобы создать высокодобротный резонанс, нужно свет запереть где-то при помощи хороших зеркал, среды с высоким преломлением, из которой свету будет сложно выйти. Ранее мы описали новый механизм запирания света. Он основан на том, что две низкодобротные моды, в каждой из которых свет держится плохо, в какой-то момент создают состояние с очень высокой добротностью. Минус на минус дает плюс. А в этой работе провели эксперименты и более глубоко проработали теорию», — объясняет один из авторов исследования Кирилл Кошелев.

Ученые впервые показали экспериментально, что такое взаимодействие резонансов возможно. Эксперимент проводили в радиочастотных волнах с использованием цилиндрического сосуда. Сосуд по капле наполняли водой, так что высота столба постоянно менялась. При этом при помощи специального датчика отслеживали добротность и положение резонансов.

«Мы работаем над практическим применением этих резонаторов. Недавно мы предложили нелинейный преобразователь частоты света на основе дисковых резонаторов с большой добротностью. Сейчас мы продолжаем эксперименты на других материалах. Кроме того, наши результаты используются для создания чувствительных компактных сенсоров», — добавляет ведущий автор статьи Андрей Богданов.