De krachten van het licht benutten om computers te bedienen

Er wordt gezegd dat licht de bron van leven is, en in de nabije toekomst zal het mogelijk ook de basis vormen van onze dagelijkse persoonlijke computerbehoeften. Onlangs hebben onderzoekers van de Universiteit van Tsukuba specifieke lichtenergieën uit een “pakket” licht benut door een nanoholte te creëren, die kan helpen bij de ontwikkeling van toekomstige volledig optische computers.

Glasvezelkabels profiteren al van de onvoorstelbaar hoge lichtsnelheid om internetgegevens te verzenden. Deze signalen moeten echter eerst worden omgezet in elektrische impulsen in het circuit van je computer of smart-tv voordat je naar je favoriete streamingprogramma kunt kijken. Onderzoekers werken aan de ontwikkeling van nieuwe volledig optische computers die berekeningen kunnen uitvoeren met behulp van lichtpulsen. Het is echter vaak moeilijk om pakketten lichtenergie precies te besturen en er zijn nieuwe apparaten nodig om de lichtpulsen op een schakelbare manier vorm te geven.

In een onderzoek dat vorige maand werd gepubliceerd in Nanofotonica, hebben onderzoekers van de Universiteit van Tsukuba een nieuwe metalen golfgeleider getest die een kleine nanoholte bevat van slechts 100 nanometer lang. De grootte van de nanoholte is speciaal op maat gemaakt, zodat alleen specifieke golflengten van licht erin passen. Hierdoor gedraagt ​​de nanoholte zich bijna als een kunstmatig atoom met afstembare eigenschappen. Als gevolg hiervan worden lichtgolven met bijpassende resonantie-energie doorgelaten, terwijl andere golflengten worden geblokkeerd. Dit heeft het effect van het hervormen van het lichtgolfpakket.

Het team gebruikte lichtgolven die zich langs het grensvlak van het metaal en de lucht voortplanten, de zogenaamde ‘surface plasmon polaritons’. Dit houdt in dat de beweging van de lichtgolf in de lucht wordt gekoppeld aan de beweging van de elektronen in het metaal er direct onder. “Je kunt je een oppervlakteplasmonpolariton voorstellen als wat er gebeurt als een sterke wind over de oceaan waait. De watergolven en luchtgolven vloeien samen”, zegt senior auteur professor Atsushi Kubo.

De golfgeleider werd vervaardigd met behulp van een kleurstof met fluorescentie-eigenschappen die veranderden op basis van de aanwezigheid van de lichtenergie. Het team gebruikte lichte tjilpen van slechts 10 femtoseconden (dwz 10 quadriljoenste van een seconde) en creëerde een “film” van de resulterende golven met behulp van in de tijd opgeloste fluorescentiemicroscopie met twee fotonen. Ze ontdekten dat alleen de spectrale component die overeenkwam met de resonantie-energie van de nanoholte, zich langs het metalen oppervlak kon voortplanten. “Het vermogen om golfvormen selectief opnieuw vorm te geven, zal de sleutel zijn tot de ontwikkeling van toekomstige optische computers”, zegt professor Kubo. De resultaten van dit project kunnen ook helpen bij het stroomlijnen van de ontwerpen van andere apparaten voor ultrasnelle optische spectroscopie.