В основе предложенного метода лежит управление скоростью, фазой и направлением света в фотонных волноводах с применением лазерных импульсов.
Физики из ИТМО разработали новый метод управления светом в интегральных фотонных волноводах с использованием сверхкоротких лазерных импульсов. В отличие от традиционных решений, их технология функционирует полностью оптически и обеспечивает переключение в тысячи раз быстрее — без необходимости механического или электрического воздействия.
В основе метода лежат гибридные волны — экситон-поляритоны, обладающие свойствами как света, так и вещества. Ученые встраивали в волновод из гексагонального нитрида бора атомарно тонкий слой полупроводника (дисульфид вольфрама, WS₂). Под воздействием лазерных вспышек характеристики этих гибридных частиц изменяются, что позволяет регулировать распространение света по волноводу менее чем за пикосекунду.
Лазерный импульс вызывает в полупроводнике высокую концентрацию экситонов — связанных пар электронов и дырок. Когда их количество превышает определенный предел, полупроводник временно теряет способность взаимодействовать со светом, и гибридная связь разрывается. В результате свет продолжает двигаться как обычная волна, но с измененными характеристиками: скоростью, фазой и направлением. Для наблюдения за этим процессом ученые применили миниатюрную полусферу из фосфида галлия, которая позволяет «заглянуть» внутрь волновода и зафиксировать момент переключения.
«Основное преимущество нашего подхода — это скорость и энергоэффективность. Если управлять светом через нагрев, процесс занимает микросекунды, в то время как мы достигли переключения быстрее в сотни тысяч раз. Кроме того, поскольку полупроводниковый слой имеет толщину всего в три атома, для переключения требуется значительно меньшая мощность лазера по сравнению с другими оптическими методами. А работа при комнатной температуре позволяет интегрировать наше решение в реальные вычислительные устройства на чипе», — поясняет 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 возможности для массового применения технологии в суперкомпьютерах и телекоммуникационном оборудовании.
Фото: hi-tech.mail.ru
