Способность фокусировать свет играет важную роль в различных технологиях, использующих фотонные микросхемы. К ним относятся квантовые коммуникации, оптические сенсоры и микролазеры. Американские ученые представили новую технологию, позволяющую концентрировать свет в крайне миниатюрных масштабах, пишет Phys.org.
Подход ученых основан на применении фотонных кристаллов — тонких кремниевых пластин с микроскопическими отверстиями, которые блокируют распространение света внутри пластины. Если разместить рядом два таких кристалла таким образом, чтобы узор одного являлся зеркальным отображением другого, на их стыке образуется волновод, по которому свет распространяется исключительно вдоль границы раздела. Основное свойство этой схемы заключается в том, что пропускание света оказывается «топологически защищенным», то есть дефекты кристалла практически не вызывают рассеяния или отражения света.
Ученые задались вопросом, что произойдет, если ограничить подобный волновод преградой из материала, непрозрачного для света. «Поскольку свету некуда идти, а отражения подавляются, он неизбежно скапливается перед препятствием. Позже свет отражается обратно через волновод, но с некоторой временной задержкой. Подобное явление способствует увеличению интенсивности светового поля в ограниченной зоне», — комментируют авторы работы.
В рамках эксперимента специалистам удалось наблюдать значительное увеличение светового поля на краю топологического волновода. Примечательно, что этот эффект проявлялся только при установке стенки, завершающей волновод, под строго определенным углом.
«Таким образом, повышение уровня освещенности обусловлено эффектом топологической защиты, препятствующей обратному отражению света. Более того, такое усиление осуществляется в чрезвычайно малом объеме, сравнимом с длиной волны самого излучения. Преимущество предлагаемого нами метода состоит еще и в том, что он действует в широкой полосе частот и подходит для большого диапазона длин волн», — заключают специалисты.
Следующим этапом исследований станет изучение временных характеристик процесса накопления света путем анализа импульсов от мощного лазера. Ученые планируют определить максимальный предел повышения плотности поля и оценить потенциал его использования в системах обработки сигналов на оптических интегральных схемах.
Тем временем в России протестировали первый фотонный чип. Подробнее о нем рассказали в другом материале Hi-Tech Mail.
