Использование наноструктур приведет к миниатюризации оптических систем

Новости МирТесен

Специалисты из Чалмерса разработали способ формирования известного вещества в виде диска, что привело к существенному повышению его характеристик. Полученный наноразмерный диск продемонстрировал выраженную нелинейность и высокий коэффициент преломления.

Фотоника базируется на взаимодействии света и материи, что позволяет создавать устройства, использующие оптические, а не электрические сигналы. Оптические устройства могут обладать более высокими характеристиками по сравнению с электронными. Развитие фотоники оказало существенное влияние на такие области, как медицина, связь, спектроскопия, лазерные и квантовые технологии.

Для изучения фотонных свойств исследователи применили дисульфид молибдена — дихалькогенид переходного металла, представляющий собой одномерный материал. Его оптические характеристики, важные для фотоники, сохраняются при комнатной температуре. Однако, из-за особенностей кристаллической структуры, наслаивание этого материала на себя затруднено и приводит к ухудшению нелинейных свойств.

Впервые исследователям удалось синтезировать наноразмерный диск, состоящий из аккуратно расположенных слоев дисульфида молибдена. Благодаря этому им под удалось зафиксировать искажение симметрии в структуре материала. усиливает их. Исследование опубликовано в Nature Photonics.

Созданный материал характеризуется высоким коэффициентом преломления, обеспечивающим более эффективное удержание света. Его можно переносить на различные основания, исключая необходимость точного соответствия атомной структуре. Это способствует снижению затрат при изготовлении фотонных устройств.

Нанодиск поглощает электромагнитное излучение и производит свет с удвоенной частотой – явление, известное как генерацией второй гармоники. Это нелинейное оптическое явление используют в высокоэнергетических импульсных лазерных системах.

Благодаря своей структуре, напоминающей диск, размер которой составляет всего 50 нанометров, она демонстрирует преобразование частоты света во 10 тысяч раз более эффективное, чем неструктурированный материал аналогичного типа.

Разработанный учеными материал демонстрирует выраженные собственные характеристики, связанные с взаимодействием света, а также высокие показатели при обычном прохождении световых лучей — коэффициент преломления в видимой части спектра достигает 4,5.

Двойное преобразование частоты и другие явления, возникающие при воздействии интенсивного излучения, используются в лазерах постоянно, но способные на это элементы обычно размером несколько сантиметров. А величина нанодиска — около 50 нанометров, что примерно в 100 тысяч раз тоньше.

Ученые считают, что дисульфид молибдена и аналогичные материалы, благодаря своим малым габаритам и особым характеристикам, позволят существенно уменьшить размеры фотонных устройств. Полученные данные будут востребованы в области нелинейной оптики и при создании запутанных пар фотонов.