Truyền sáng không trễ pha – vật liệu có chiết suất bằng 1?

Các nhà nghiên cứu ở Anh và Mỹ vừa công bố một kết quả nghiên cứu mới trên tạp chí Nature Photonics khẳng định họ vừa tạo ra một vật liệu có cấu trúc nano cho phép ánh sáng truyền qua không hề bị dịch pha, tức là có chiết suất bằng 1 giống như không hề có một môi trường nào. Và họ khẳng định vật liệu sẽ mở ra nhiều ứng dụng quang điện tử, ví dụ như môi trường truyền tín hiệu hoàn hảo mà không gây ra bất kỳ sự biến dạng nào của tín hiệu.

Bất kỳ ai học quang học đều có những hiểu biết về sự truyền sáng dù đơn giản rằng ánh sáng khi truyền qua một môi trường (dù trong suốt) sẽ có sự thay đổi trong tính chất truyền (ví dụ như vận tốc thay đổi). Sự thay đổi đó hiểu một cách đơn giản là do tính chiết quang của môi trường (chiết suất của môi trường n > 1). Sâu hơn một chút về bản chất sóng của ánh sáng, thì môi trường đó tạo nên một sự thay đổi về pha của áng sáng và kết quả là ánh sáng truyền qua môi trường đó luôn bị trễ pha so với ánh sáng ban đầu. Một trong những hệ quả không mong muốn của điều này là tín hiệu thường bị biến dạng (dù ít hay nhiều) so với tín hiệu nguyên thủy.

Hình 1. Hình chụp linh kiện trên ống dẫn sóng, các chi tiết chụp tinh thể photonic được chèn trong hình nhỏ (xem Kocaman et al. Nature Photonics 2011).

Thế nhưng trong nghiên cứu mới đây, nhóm nghiên cứu của Serdar Kocaman ở Đại học Columbia (Hoa Kỳ) cùng cộng tác với các nhà nghiên cứu ở University College London (Anh quốc) tạo ra một loại linh kiện mới dựa trên kiểu metamaterial (vật liệu với chiết suất âm) có khả năng cho ánh sáng truyền qua không có sự khúc xạ, hay nói cách khác, chiết suất bằng 1.

Nguyên liệu chính để tạo ra linh kiện này là tinh thể photonics với sự thay đổi tuần hoàn của hằng số điện môi để tạo ra khe năng lượng photonic. Khác với thông thường, nhóm của Kocaman đã chế tạo các tinh thể photonic với chiết suất âm. Một trong những tính chất của kiểu vật liệu này chưa từng tìm thấy trong tự nhiên là pha của sóng ánh sáng truyền qua tinh thể photonic này sẽ bị đảo ngược so với sóng ban đầu. Linh kiện bao gồm 2 lớp liên tục mà một lớp khác là các tinh thể photonic với chiết suất dương như truyền thống. Sự tổ hợp này tạo nên sự bù trừ và kết quả là giữ nguyên pha của sóng truyền tới (có thể xem chi tiết sự lý giải này trên bài báo vừa lên khuôn online trên Nature Photonics.

Hình 2. Kết quả phân tích pha tính hiệu (xem Kocaman et al. Nature Photonics 2011).

Linh kiện này được tạo ra trên một con chip với chiều dài khoảng vài micromet mà nhờ đó các nhà nghiên cứu tin rằng có thể dễ dàng tích hợp nó trong một mạch quang điện tử và theo lời Nicolae Panoiu (University College London) thì nó sẽ là một môi trường lý tưởng để truyền dẫn các tín hiệu trong mạch.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s