Фотонный топологический изолятор – это такой материал или структура, в котором излучение распространяется по поверхности, но не в объеме. Луч света не может проникнуть в изолятор глубоко и распространяется вблизи поверхности. Такой эффект возникает благодаря особым топологическим свойствам света, которые не меняются, даже если мы изменяем форму или размер устройства. Обычно фотонные топологические изоляторы состоят из массива спиральных волноводов и массива кольцевых резонаторов. Они могут использоваться для передачи информации без потерь, из них можно сделать топологический лазер и другие фотонные устройства.
Сотрудники Красноярского научного центр СО РАН и Сибирского федерального университета получили с помощью маленьких призм из особого стекла, способных удерживать в себе свет, новую платформу для так называемых фотонных топологических изоляторов. Изобретение помогает лучше, чем прежде, контролировать движение фотонов, то есть, по сути, направлять световые частицы по точно заданной траектории.
Четырехугольная мозаика призменных резонаторов позволяет организовать их в двумерном массиве особым образом. Каждая элементарная ячейка массива содержит четыре призмы, одна из которых остается пустой. Это позволяет свету свободно перемещаться внутри массива, меняя направление своего распространения за счет отражения от открытых граней призм. Такая траектория света остается стабильной, даже если количество призменных резонаторов изменяется.
Инженер Красноярского научного центра СО РАН Пётр Ким. Источник: Красноярский научный центр СО РАН
«Для резонаторов важен материал, из которого изготовлены призмы. Чем выше показатель преломления этого материала, тем больше диапазон углов падения света, при которых можно получить устойчивую топологическую траекторию. Поэтому мы отказались от обычного стекла в пользу высокопреломляющего боросиликатного стекла, — рассказывает один из авторов работы, инженер Красноярского научного центра СО РАН Пётр Ким. — Мы также экспериментально продемонстрировали траекторию лазерного пучка вблизи поверхности массива, измерили интенсивность проходящего света и его потери в структуре. Топологическая устойчивость траектории позволяет изменять структуру поверхности массива, пространственный масштаб резонаторов, а также длину волны излучения. Новая платформа является основой для создания активных топологических фотонных устройств и лазеров».
Иван Тимофеев, руководитель проекта по гранту РНФ. Источник: Красноярский научный центр СО РАН
«Чтобы понять, как это работает, представьте лабиринт из зеркал и попробуйте получить устойчивый луч. Убираете часть зеркал или ставите новые зеркала, а луч огибает препятствие и возвращается на прежнюю траекторию», - пояснил завлабораторией фотоники молекулярных систем Института физики Сибирского отделения РАН Иван Тимофеев.
