Физики из ИТМО разработали инновационный метод управления светом в интегральных фотонных волноводах с помощью сверхкоротких лазерных импульсов. В отличие от традиционных подходов, их технология работает полностью оптически и обеспечивает переключение в тысячи раз быстрее — без необходимости механического или электрического воздействия, говорится на сайте Десятилетия науки и технологий в России.
В основе метода лежат гибридные волны — экситон-поляритоны, сочетающие свойства света и вещества. Ученые интегрировали в волновод из гексагонального нитрида бора атомарно тонкий слой полупроводника (дисульфид вольфрама, WS₂). Под действием лазерных вспышек свойства этих гибридных частиц меняются, что позволяет управлять распространением света по волноводу менее чем за пикосекунду.
Лазерный импульс создает в полупроводнике высокую плотность экситонов — связанных пар электронов и дырок. Когда их становится слишком много, полупроводник временно перестает взаимодействовать со светом, и гибридная связь разрывается. В результате свет продолжает распространяться уже как обычная волна, но с измененными параметрами: скоростью, фазой и направлением. Для наблюдения за этим процессом ученые использовали миниатюрную полусферу из фосфида галлия, которая позволяет «заглянуть» внутрь волновода и зафиксировать момент переключения.
«Главное преимущество нашего подхода — скорость и энергоэффективность. Если управлять светом через нагрев, процесс занимает микросекунды, а мы добились переключения быстрее в сотни тысяч раз. При этом из-за того, что полупроводниковый слой имеет толщину всего в три атома, для переключения требуются гораздо меньшие мощности лазера, чем в других оптических методах. А работа при комнатной температуре позволяет интегрировать наше решение в реальные вычислительные устройства на чипе», — объясняет руководитель лаборатории «Низкоразмерные квантовые материалы» ИТМО и руководитель исследования Василий Кравцов.
В ближайшие 2−3 года команда планирует создать функциональный прототип оптического модулятора на чипе, что откроет путь к массовому применению технологии в суперкомпьютерах и телекоммуникационном оборудовании.
Ранее ученые создали первый в мире прототип квантовой батареи. Подробнее об этом рассказали в другом материале Hi-Tech Mail.
