ENGINEERINGNET.BE - Hun bevindingen, die op de website van het befaamde magazine Nature Photonics werden gepubliceerd, verklaren de koppeling tussen licht en geluid op zeer kleine schaal. Ze effenen het pad naar betere signaalverwerking met massa-produceerbare fotonische chips.
De voorbije jaren is de aandacht voor silicium fotonica sterk toegenomen, onder meer met het oog op lab-on-a-chip biosensoren en supersnelle communicatie tussen computer chips.
De technologie is gebaseerd op silicium nanodraden, structuurtjes die ongeveer honderd keer dunner dan een menselijk haar zijn. De draden brengen optische signalen van één punt naar een ander aan de lichtsnelheid.
Doordat ze met dezelfde toestellen worden geproduceerd als standaard elektronische circuits, kunnen ze in grote hoeveelheden en goedkoop geproduceerd worden.
Deze draadjes werken enkel omdat het licht trager beweegt in de silicium kern van de draad dan in de lucht en het glas die de kern omgeven. Het licht zit dus gevangen in de draad door een fenomeen dat totale interne reflectie heet.
Het licht geleiden in de draad is één zaak, maar het ook nog manipuleren is een ander verhaal. Het is niet eenvoudig om met één lichtstraal de eigenschappen van een andere lichtstraal te veranderen.
Dit is waar de interactie tussen licht en materie een rol speelt: het laat toe om met behulp van sommige fotonen (lichtdeeltjes) andere fotonen te controleren.
De onderzoekers van UGent en imec hebben nu precies dergelijke interactie tussen licht en materie gerealiseerd. Ze zijn er in geslaagd om niet alleen licht, maar ook geluid op te sluiten in de nanodraden. Het geluid trilt een miljoen keer sneller dan het menselijk gehoor kan waarnemen. In tegenstelling tot licht beweegt geluid net sneller in de silicium kern dan in de omringende materialen: totale interne reflectie werkt niet voor geluid in de nanodraden.
Door omgeving van de kern zo aan te passen dat elke trilling teruggekaatst wordt, slaagden de onderzoekers er toch in geluid op te sluiten in de kern.
Gevangen in die ongelofelijk kleine structuur, gaan licht en geluid elkaar sterk beïnvloeden: licht genereert geluid en geluid verandert de kleur van licht. Die interactie hebben de onderzoekers gebruikt om bepaalde kleuren van het licht te versterken.
Hiermee ontstaan nieuwe manieren om optische informatie te verwerken. Zo zouden bijvoorbeeld lichtpulsen omgezet kunnen worden in geluidspulsen en dan weer in licht, wat zeer interessant is voor optische communicatie doeleinden.
De onderzoekers verwachten dat gelijkaardige technieken kunnen toegepast worden op nog kleinere structuren, zoals virussen en DNA. De akoestische eigenschappen van deze deeltjes zouden iets kunnen vertellen over hun globale structuur.
(bron en foto: imec)
Op de foto: zowel light (links) als geluid (rechts) zitten gevangen in de nanokern.
