Les chercheurs améliorent la technologie permettant de générer des harmoniques élevées dans les métasurfaces nanostructurées
Les cristaux naturels et artificiels peuvent modifier la couleur spectrale de la lumière - c'est ce qu'on appelle l'effet optique non linéaire. La conversion des couleurs est utilisée pour de nombreuses applications, notamment la microscopie non linéaire pour les structures biologiques et l'examen des matériaux, les sources de lumière LED et les lasers, les communications optiques, la photonique et les technologies qui en découlent, telles que l'informatique quantique. Des chercheurs de l'université de Paderborn ont maintenant trouvé un moyen d'améliorer le processus physique qui sous-tend le phénomène. Les résultats ont été publiés dans la revue spécialisée "Light : Science & Applications".
Photo symbolique
Paderborn University, Besim Mazhiqi
Le professeur Cedrik Meier, physicien à l'université de Paderborn, explique : "Le processus est basé sur le potentiel anharmonique des atomes du cristal et entraîne souvent une multiplication précise de la fréquence de la lumière, connue sous le nom de génération d'"harmoniques supérieures", semblables aux harmoniques que l'on entend lorsque la corde d'un instrument de musique vibre. Bien que cet effet se produise naturellement dans de nombreux cristaux, il est souvent extrêmement faible. C'est pourquoi diverses approches ont été mises en œuvre pour augmenter l'effet, par exemple en combinant différents matériaux et leurs structures à l'échelle micro et nanométrique. L'université de Paderborn a mené des recherches intensives et fructueuses dans ce domaine au cours des dernières décennies.
Les métamatériaux, et en particulier les métasurfaces, constituent l'un des points centraux de cette recherche en photonique. Il s'agit d'appliquer des éléments structurés de l'ordre du nanomètre sur un substrat mince, qui interagit ensuite avec la lumière entrante et produit par exemple des résonances optiques. Avec une durée plus longue et une meilleure focalisation, la lumière peut générer des harmoniques plus élevées de manière plus efficace.
Dans le cadre d'une collaboration interdisciplinaire, les groupes de recherche dirigés par le professeur Cedrik Meier (nanophotonique et nanomatériaux), le professeur Thomas Zentgraf (nanophotonique ultrarapide) et le professeur Jens Förstner (génie électrique théorique) de l'université de Paderborn travaillent ensemble dans le cadre du centre de recherche collaboratif "Tailored Nonlinear Photonics"/Transregio 142 pour développer une approche innovante permettant de générer plus efficacement des harmoniques plus élevées. En utilisant des applications spécifiquement proportionnées de cylindres elliptiques microscopiques en silicium, ils peuvent tirer parti de l'effet "Fano", un mécanisme physique particulier dans lequel des résonances multiples s'intensifient mutuellement.
Les chercheurs ont d'abord utilisé la simulation numérique pour déterminer les paramètres géométriques idéaux et étudier la physique sous-jacente. Ils ont ensuite créé des nanostructures à l'aide de procédés de lithographie de pointe et procédé à des examens optiques. Ils ont pu prouver, tant par la théorie que par l'expérimentation, que ces nanostructures permettent de générer des troisièmes harmoniques - c'est-à-dire de la lumière dont la fréquence est trois fois plus élevée que celle de la lumière entrante - de manière beaucoup plus efficace qu'avec les structures connues jusqu'à présent.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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