Российские ученые создали миниатюрный преобразователь света, пригодный для использования в качестве одного из компонентов будущих световых процессоров и запоминающих устройств. Его схема была опубликована в журнале Physical Review B.
«Нашей основной задачей была разработка новых типов компактных преобразователей частоты оптического излучения. В настоящее время для этого используются объемные кристаллы из специальных материалов. Размер этих кристаллов колеблется от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Это неприемлемо для их использования в нанофотонике», — объясняет Борис Афиногенов, сотрудник кафедры квантовой электроники МГУ.
Свет и другие типы электромагнитных волн переносят информацию гораздо эффективнее и быстрее, чем электрические сигналы, благодаря чему большая часть современных систем связи основана на оптоволокне и различных лазерных излучателях. Ученые давно пытаются заменить транзисторы и металлические дорожки внутри чипов их световыми аналогами, однако пока это не удается сделать по одной простой причине – движением света очень сложно управлять.
За последние два десятилетия инженеры и экспериментаторы создали массу устройств, позволяющих манипулировать свойствами света, однако фактически все они, в силу физических свойств света, имеют достаточно большие размеры, и их нельзя уменьшить.
Эти проблемы, как рассказывает Афиногенов, ученые преодолевают, используя различные метаматериалы и наноструктуры, такие как плазмонные резонаторы или фотонные кристаллы. Они преобразуют свет в другие типы колебаний и затем переизлучают его в виде «порций» фотонов с другими свойствами.
Подобным образом физики научились управлять движением света, задерживать или концентрировать его, однако до настоящего времени у них не получалось создать миниатюрное устройство, которое бы позволяло произвольным образом преобразовать один тип света в другой, меняя его фазу и другие свойства.
Афиногенов и его команда смогли решить эту проблему, покрыв фотонный кристалл, набор из множества наночастиц, особым образом поглощавших и переизлучавших свет, тонкой пленкой из металла.
Как показали опыты физиков из МГУ, свет, вырабатываемый фотонным кристаллом, поглощался и усиливался металлом, на поверхности которого возникали особые колебания, так называемые плазмоны Тамма. Они вырабатывали другой тип фотонов, которые, по идее, не должны существовать внутри подобных кристаллов. Подобная накачка «неправильным» светом приводила к тому, что внутри них начинали формироваться своеобразные «гребенки» из световых волн, чья длина была в два, три и более раз короче, чем у «запрещенных» фотонов.
Усиливая один из подобных «зубьев» этой световой расчески, можно преобразовать свет, попадающий в такой кристалл, в импульсы излучения с «нужной» длиной волны, поляризацией и прочими свойствами. Что самое важное, всю эту конструкцию, как отмечают ученые, можно уместить в куб размерами в несколько сот нанометров.
Подобные наноустройства, по словам физиков, можно применять не только в качестве компонентов световых компьютеров, но и в качестве сверхчувствительных датчиков, реагирующих на появление определенных наночастиц, молекул и прочих микроскопических объектов.
