Достигнутый в области фотоники и нанотехнологий метаматериал, разработанный группой ученых, окажет влияние в области телекоммуникаций и оптических вычислений.
Метаматериалы - искусственные материалы, которые взяли свое начало как часть новой стелс технологии во время Второй мировой войны благодаря своей способности искривлять волны в радио и микроволновой области. Благодаря инновациям 21-го века, связанными с оптикой и, в частности, нанотехнологиями, также появляются новые подходы к метаматериалам, даже стимулирующие создание новой области в квантовой физике.
В настоящее время команда исследователей, состоящая из ученых из Королевского колледжа Лондона, Университета Хартфорда, Парижского университета Дидро и Массачусетского Университета Лоуэлла, разработала материал, который предлагает расширенные возможности в плане использования света. Работа сосредоточена вокруг метаматериалов.
Новый подход к искривлению света
Ученые намеревались улучшить существующие возможности манипулирования светом этих крошечных синтетических материалов, разработав новый метод их настройки. Поскольку изгиб световых волн является одной из фундаментальных возможностей метаматериалов, изменение их электромагнитных полей может привести к генерации второй гармоники (ГВГ).
Взаимодействия от фотонно-бомбардирующих нанопроволок, которые расположены на расстоянии 100 нм друг от друга, управляют процессом.
ГВГ, также известная как удвоение частоты, является нелинейно-оптическим процессом, включающим взаимодействие метаматериала с двумя фотонами, имеющими одинаковую частоту. Результат: новый фотон, который составляет половину длины волны исходных фотонов, но обладает вдвое большей энергией.
Они также были в состоянии эффективно использовать материалы, которые демонстрировали относительно плохие нелинейные характеристики, создавая результат с улучшенными нелинейными свойствами. «Улучшение происходит от того, как метаматериал изменяет поток фотонов».
«Работа открывает новое направление в управлении нелинейной реакцией материалов и может найти применение во встроенных оптических схемах, существенно улучшая связь на кристалле», - объясняет Виктор Подольский, соавтор исследования и главный исследователь в Массачусетском Университете Лоуэлла.
Подольский также затронул вопрос о том, как эта умная перекалибровка частоты окажет большое влияние на нанофотонные устройства: «Современные компьютерные чипы используют электроны для вычислений». «Электроны хороши тем, что они крошечные. Однако частота электронов недостаточно высока. Свет - это комбинация крошечных частиц, называемых фотонами, которые не имеют массы. В результате фотоны могут потенциально увеличить скорость обработки чипа".
Основываясь на положительных результатах, команда пришла к выводу, что их работа «демонстрирует появление структурно настраиваемой нелинейно-оптической реакции в плазмонных композитах и представляет новую нелинейно-оптическую платформу, подходящую для интегрированной нелинейной фотоники».
Промышленность и за ее пределами
В более широком контексте применения Подольский также осознает, что их методика позволит как (1) постепенно прекратить использование старых компонентов, используемых в кремниевых чипах, так и (2) расширить возможности оптической связи на одном и том же чипе. Убедительные результаты подтверждают это.
«Конечным результатом будет устранение недостатка в коммуникациях, благодаря чему параллельные вычисления будут выполняться намного быстрее. Подавляющее большинство предметов повседневного пользования, включая зеркала, линзы и оптические волокна, могут управлять или поглощать эти фотоны".
«Однако некоторые материалы могут объединять несколько фотонов вместе, в результате чего получается новый фотон с большей энергией и другого цвета», - сказал Подольский. Подробности исследования читайте в статье под названием «Структурная нелинейность второго порядка в плазмонных метаматериалах», которая будет опубликована 20 декабря в журнале Optica.
