Fysikerna från ITMO University, Ioffe Institute och Australian National University undersökte en ny mekanism för realisering av optiska resonatorer av hög kvalitet. Den är baserad på den ömsesidiga destruktiva interferensen av två optiska tillstånd av låg kvalitet i en resonator, vilket möjliggör säker "fångning" av ljus i olika material även i små skalor. De teoretiska resultaten av arbetet bekräftades experimentellt, lägga grunden för nya miniatyrenheter:effektiva sensorer, optiska filter och olinjära ljuskällor. Forskningsuppsatsen publiceras i SPIE avancerad fotonik .

I allmänhet, Fano-resonanser uppstår på grund av växelverkan mellan två vågor med en viss relation mellan amplituder och faser, till exempel, under den elektromagnetiska strålningsspridningen. Denna process undersöks aktivt och används ofta för att skapa resonatorer:enheter som förstärker den elektromagnetiska signalen. Huvudparametrarna för Fano-resonanser, bestämma toppbredden och asymmetrin, ansågs vanligtvis som oberoende. Därför, de ställdes in separat för att uppnå maximal kvalitetsfaktor (Q-faktor):funktion, visar hur väl resonatorn fångar och förstärker strålningen.

Dock, forskarna från ITMO University visade att resonansparametrarna är anslutna:när resonanstoppen i spektrumet av den spridda strålningen blir symmetrisk, dess bredd blir minimal, leder till den maximala Q-faktorn. Detta händer när t resonatorgeometrin ändras och orsakar en ovanlig interaktion av flera tillstånd eller moder. Fysiker kopplade detta fenomen till den nyligen föreslagna klassen av resonatorer, som fungerar på en subvåglängdsskala för en bred klass av material.

"Vanligtvis, för att skapa en högkvalitativ resonans, man måste fånga ljuset någonstans med hjälp av bra speglar eller en miljö med högt brytningsindex, från vilket ljuset inte kommer ut så lätt. Men vi hittade en ny mekanism för ljusfångning och beskrev den i våra tidigare tidningar. Den är baserad på två lågkvalitetslägen, var och en fångar ljuset svagt, som tillsammans kan bilda ett nytt tillstånd med mycket hög Q-faktor. Två minus gör ett plus. I detta arbete genomförde vi experiment för att bevisa det och utvecklade en djupare teoretisk förståelse, " förklarar Kirill Koshelev.

Som ett resultat, forskare visade för första gången experimentellt att en sådan ovanlig interaktion av resonanser är möjlig. Experimentet gjordes i mikrovågor med användning av ett cylindriskt kärl. Kärlet fylldes med vatten droppe för droppe, så att pelarens höjd ständigt förändrades. På samma gång, med hjälp av en speciell sensor, forskare mätte resonansens kvalitetsfaktor och frekvens.

"Arbetet började med en teori:Kirill Koshelev bevisade att hög kvalitetsfaktor alltid åtföljs av en symmetrisk form av resonans. Dessa resultat bekräftades i experimentet av Polina Kapitanova och Mikhail Rybin. Nu arbetar vi med den praktiska tillämpningen av dessa resonatorer. Nyligen, vi föreslog en icke-linjär frekvensomvandlare av ljus baserad på högkvalitativa skivresonatorer. Nu fortsätter vi att experimentera med andra material. Dessutom, våra resultat används för att skapa känsliga kompakta sensorer. Alexey Slobozhanyuk arbetar för närvarande med dem, ", tillägger Andrey Bogdanov.