Avancerad optik och fotonik/Advanced optics and photonics

Ljus står för de flesta av våra sinnesintryck. Trots detta är många tillämpningar av ljus och optik relativt osynliga. När vi ringer i mobiltelefonen skickas vårt prat trådlöst, via radiovågor, bara några hundra meter till närmaste mobilradiomast. Därefter omvandlas signalerna till ljus och skickas med optisk fiber fram till några hundra meter från den vi pratar med, där de omvandlas till radiovågor igen. Den största kommunikationsmängden i våra ”trådlösa” nätverk förmedlas alltså med ljus i en glasfibertråd! På liknande sätt används ljus i CD- och DVD-spelare, i skrivare och i kopiatorer. Ljus används också för att mäta om hus läcker värme, för att svetsa bilkarosser, för att sterilisera mat och vatten och för att mäta syresättningen av blod. Ljus har tusentals användningsområden.

I Stockholm finns Sveriges största forskningsresurser för optik och fotonik. Fotonik är samlingsnamnet för ett flertal tillämpningar av ljus inom laserteknik, materialvetenskap, informationsteknologi, bioteknik och medicin. Grundforskningen inom Linnémiljön ska inriktas mot fyra områden.

Det första området är funktionella optiska material. När ljus går genom något material såsom glas, halvledare eller kristaller, växelverkar det med materialet. Växelverkan medför att ljuset t.ex. bryts, absorberas eller byter våglängd. Idag medger teknologin att forskarna kan ”bygga” och blanda material med varandra på ett sätt naturen aldrig gjort åt oss. Resultatet blir multifunktionella material, t.ex. material som samtidigt uppvisar starka magnetiska och optiska egenskaper. Utvecklingen av nya optiska material samt utvecklingen av nya fabrikationsteknologier innebär oerhört många, nya och intressanta tillämpningar.

Ett annat område är närfältsoptik. Grovt sett kan man betrakta ljus som ett antal strålar vars väg man kan följa. Linser bryter dessa strålar och mot speglar studsar de. Vill man beskriva interferenseffekter, är en bättre beskrivning på ljuset propagerande vågor. Då får man med både ljusets amplitud och fas i beskrivningen. Tittar man på ljuset mycket nära en liten ljuskälla, måste man utöka vågbeskrivningen med komponenter som inte utbreder sig utan verkar ”fastklistrade” vid ljuskällan. Dessa ljuskomponenter finns endast i det s.k. närfältet, och dessa komponenter kan användas för att studera detaljer som är mindre än våglängden, t ex inom mikroskopi.

Det tredje området forskarna ska studera är kvantinformation och kvantkommunikation. Här tittar man på så svagt ljus att ljusets kornighet, fotonerna, gör sig påminda. Dessutom börjar kvantmekanikens lagar, t.ex. osäkerhetsrelationen, ha reell inverkan på vad vi kan mäta och vilken påverkan denna mätning har på det mätta systemet. Osäkerhetsrelationen garanterar t.ex. att man kan avgöra om någon försökt mäta ett ljuspakets tillstånd. Varje mätning lämnar ett ”fingeravtryck”. Detta gör att om man vill skicka en hemlig kod till någon annan så kan man avgöra om koden varit avlyssnad eller inte. Är den avlyssnad använder man den inte utan försöker istället skicka en ny kod. På detta sätt kan man försäkra sig om att hemliga meddelanden förblir hemliga. Tekniken kallas kvantkryptografi och utvecklas snabbt.

Det sista området forskarna vill studera är nanokomponenter och nanotillverkning. Modern tillverkningsteknik medger att man gör komponenter som leder, filtrerar och förstärker ljus som är av samma storlek som, eller t.o.m. mindre än, ljusets våglängd. En del av dessa komponenter gör att ljusets kvantummekaniska egenskaper ger sig till känna. Andra kan utföra optisk signalbehandling på ett effektivt och billigt sätt. En dröm är att kunna tillverka komponenterna på kiselbrickor för att på så sätt kunna kombinera optiska och elektroniska kretsar i samma krets. Detta skulle leda till radikalt billigare optiska komponenter.

Koordinator: Gunnar Björk

Övriga medverkande forskare är: Srinivasan Anand, Mohamed Bourennane, Ari Tapio Friberg, Alexander Grishin, Bozena Jaskorzynska, Fredrik Laurell, Jan Linnros, Min Qiu, Lars Thylén