Fysiker som arbetar med forskaren Oriol Romero-Isart har tagit fram ett nytt enkelt schema för att teoretiskt generera godtyckligt korta och fokuserade elektromagnetiska fält. Detta nya verktyg kan användas för exakt avkänning och för mikroskopi.

Mikrovågor, värmestrålning, ljus och röntgenstrålning är exempel på elektromagnetiska vågor. Många applikationer kräver att de elektromagnetiska fälten fokuseras på små spatiotemporala dimensioner. Ingenjörer kan använda olika metoder för att uppnå detta. I journalen Fysiska granskningsbrev , forskare i Oriol Romero-Isarts grupp vid Institute of Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI) och Institute for Theoretical Physics vid University of Innsbruck tillsammans med Ignacio Cirac och Theodor Hänsch vid Max Planck Institute of Quantum Optics, München, har publicerat ett nytt schema för att generera ultrafokuserade elektromagnetiska fält.

Överraskande beteende

När elektrisk ström strömmar genom en spole, den producerar elektromagnetiska vågor som sprider sig i alla riktningar. När spolen placeras inuti en cylinder som reflekterar vågorna perfekt händer ett överraskande fenomen. "Med denna inställning kan godtyckligt fokuserade pulser och kvasi-ekvidistanta pulser genereras, " säger juniorforskaren Patrick Maurer. "Ju fler vågledarlägen är upphetsade, desto mer fokuserade blir de elektromagnetiska fälten. "De teoretiska fysikerna karakteriserade analytiskt systemet i en sådan grad att, baserat på reflektionerna av de elektromagnetiska vågorna på insidan av cylindern, de kunde designa en strömpuls som exciterar ett klart definierat antal lägen. "På grund av systemets specifika egenskaper, den aktuella pulsen behöver bara justeras något för att ändra antalet lägen eller, med andra ord, att fokusera fältet starkare. Medelfrekvensen för pulsen förblir i princip densamma, "förklarar Jordi Prat-Camps, Postdoc i Romero-Isarts forskargrupp. Spektrum för det genererade fältet bestäms av cylinderns radie. Till exempel, fokuserade mikrovågspulser kan genereras med hjälp av en cylinder som är flera centimeter tjock.

Tekniska utmaningar

Fysikerna i Innsbruck kunde bekräfta sina analytiska beräkningar med numeriska simuleringar. De visade att fälten behöll sina unika egenskaper en tid efter att de lämnat cylindern genom en av öppningarna. Detta nya koncept är av intresse för tekniska applikationer som kräver ultrafokuserade fält för att fungera. Till exempel, inom mikroskopi kan detta nya system underlätta utvecklingen av ännu mer exakta enheter. För att genomföra sitt schema, fysikerna påpekar två krav:"För det första, vi måste hitta ett material som perfekt reflekterar i ett brett frekvensområde, "säger Prat-Camps." Dessutom vi måste exakt generera den beräknade strömpulsen. Ju bättre dessa krav uppfylls, desto tydligare blir den önskade effekten synlig."