La Mejora De La Banda Ancha Se Basa En Metamateriales Hiperbólicos Inclinados En Un ángulo Preciso

Extracción de un solo fotón con mejora de banda ancha

Mejora de banda ancha de la extracción de un solo fotón en el chip a través de metamateriales hiperbólicos inclinados. Un emisor cuántico se coloca muy cerca de un metamaterial hiperbólico, cuyo eje óptico está inclinado con respecto a la cara final de la nanofibra. Crédito: Lian Shen

Los investigadores desarrollan un prototipo de fotónica cuántica utilizando metamateriales hiperbólicos inclinados en un ángulo preciso desde una fibra óptica.

La fotónica cuántica implica un nuevo tipo de tecnología que se basa en fotones, la partícula elemental de luz. Estos fotones pueden potencialmente transportar bits cuánticos de información a grandes distancias. Si la fuente de fotones se pudiera colocar en un solo chip y producir fotones a una velocidad alta, esto podría permitir la comunicación cuántica de alta velocidad o el procesamiento de la información, lo que sería un gran avance en las tecnologías de la información.

En la edición de esta semana de Applied Physics Reviews , de AIP Publishing, se propone una fuente simple de fotones en chip que utiliza un tipo de material conocido como metamaterial hiperbólico. Los investigadores realizaron cálculos para demostrar que un prototipo que utiliza el metamaterial hiperbólico dispuesto de manera precisa puede superar problemas de baja eficiencia y permitir altas tasas de repetición para fuentes de fotones en chip.

Hasta hace poco, las fuentes de un solo fotón generalmente se hacían a partir de puntos cuánticos autoensamblados en semiconductores o de materiales, como diamantes, con defectos estructurales. Sin embargo, es difícil producir fotones individuales a altas velocidades a partir de tales materiales. Se han probado algunos enfoques para remediar este problema, pero hasta ahora, los resultados adolecen de un ancho de banda estrecho y una baja eficiencia.

Otra forma de abordar estos problemas es utilizar materiales especiales, como metamateriales, para la fuente de fotones. Metamateriales son pilas de capas metálicas y dieléctricas, estructuradas a un nivel mucho menor que la longitud de onda de la luz en uso. Exhiben propiedades ópticas inusuales cuando se les da forma, como nanocables. Los electrones que fluyen a través del material establecen una oscilación colectiva conocida como plasmón de superficie, generando campos electromagnéticos localizados.

Los metamateriales hiperbólicos son versiones altamente anisotrópicas de estos metamateriales. Manipulan la luz de diversas formas. Por ejemplo, pueden reducir la longitud de onda de la luz y permitir que se desplace libremente en una dirección mientras la detienen en otra.

Los investigadores proponen una geometría para su fuente de fotones en chip donde un metamaterial hiperbólico se inclina en un ángulo preciso con respecto a la faceta final de la nanofibra cercana que se usa para transmitir los fotones emitidos. Al elegir con cuidado el ángulo de inclinación, se suprimen los reflejos de luz en la interfaz con la fibra.

Los cálculos del grupo mostraron que esta sencilla disposición geométrica debería superar las limitaciones anteriores con estos materiales.

El coautor Lian Shen dijo: “Nuestro trabajo representa un paso vital hacia la implementación de fuentes de fotón único espectralmente amplias con altas tasas de repetición para redes cuánticas en chip”.

Referencia: “Mejora de banda ancha de la extracción de un solo fotón en chip a través de metamateriales hiperbólicos inclinados” por Lian Shen, Xiao Lin, Mikhail Shalaginov, Tony Low, Xianmin Zhang, Baile Zhang y Hongsheng Chen, 5 de mayo de 2020, Applied Physics Reviews .
DOI: 10.1063 / 1.5141275

Añadir un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *