新的理论模型描述了微腔中的光机械耦合

光机械微腔是直径小于10微米(大约是人类头发的十分之一)的极其微小的结构,光和机械振动被限制在其中。

由于它们的小尺寸和高效的微制造技术,使它们能够容纳强烈的光能并与机械波相互作用,微腔可以用作质量和加速度传感器,并用于拉曼散射(一种用于分析材料,包括气体、液体和固体的光谱技术)。欧洲杯足球竞彩

对这些现象的正确理解有助于未来在生物医学等领域取得进展,例如,开发用于检测作为癌症标志物的分子的传感器。

位于巴西São Paulo州的坎皮纳斯大学光子学研究中心(Photonicamp)进行了一项研究,研究了与光机械耦合相关的一个不太知名的过程,创建了一个理论模型,该模型通过仿真和与文献中记录的实验结果进行了验证。研究人员在一篇文章中报告了这项研究发表物理评论快报

两个独立的现象在这些系统中发生,”物理学家蒂亚戈·阿雷格尔告诉Agência FAPESP。”一方面,光线施加压力狭窄的空腔。另一方面,机械振动散射光线。两者之间的相互作用可能以两种不同的方式发生。如果散射光仍然在设备内部,则结果称为分散相互作用。如果光线从腔逸出,它被称为耗散相互作用。“

Alegre是坎皮纳斯大学Gleb Wataghin物理研究所(IFGW-Unicamp)和Photononamp的研究人员教授。他是研究的主要调查员。这篇文章的牵头作者是AndréGarciaPrimo,他当时是他的博士生。FAPESP通过直接博士奖学金支持对PRIMO的直接博士学位,以及其他五个项目的奖学金或补助金(17/19770-1,20 / 06348-2,18 / 15580-6,18 / 15577-5和18/15339-4)。

教授牛顿CesárioFrateschi和Gustavo Silva Wiederhecker担任主要调查人员。

色散相互作用是光学力学重要进展的基础,例如2016年LIGO干涉仪探测到引力波,但在实验中对色散相互作用的探索却很少。“实验的稀缺主要是由于缺乏能够考虑给定设备的耗散相互作用强度的理论基础,”全部说。“我们的研究为弥散和耗散相互作用提出了一个理论公式。”

该提议涉及扰动理论,这假设光学机械相互作用合理弱,因此可以在初始近似下独立处理光和机械振动。当单独计算光学和机械行为时,简化了光学机械耦合的描述。

“新颖性是我们执行最后一步的方式,”Primo说。"从本质上说,与以往所做的相反,我们认为光在装置中的行为在物理上和数学上受到光从腔中逃逸的可能性的影响。当我们考虑到这一点时,我们意识到色散和耗散相互作用都可以被高度精确地描述。”

在研究的最后一部分,研究人员通过两个实验例子验证了他们的理论,这两个例子在文献中都有很好的记载。在一个实验中,他们研究了一个由硅制成的光机械腔,并表明两种相互作用,色散和耗散,都与观测到的现象有关。

我们证明,我们的理论完全符合所进行的实验,因此可以被认为是一种有价值的仪器,可以获得这些非常规现象的增强装置。”全部说。

第二个例子涉及到金制成的电浆子光机械纳米腔。纳米腔限制的光量比微腔小得多,本质上就像纳米透镜。结合这些装置,可以检测单个分子的机械运动。

这种可能性具有各种应用,包括检测生物介质中的化学化合物,以鉴定例如可以指示病理条件的物质。“我们展示了这种理论,虽然已经报道了,但分子的耗散散射对于这些系统中的光学力学现象来说非常重要,”Primo说。

Alegre补充说,当考虑到他LED的研究制定的模型时,最近实验中获得的一些结果尚未完全理解。

来源:https://fapesp.br/en.

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