Группа исследователей создала компактное оптическое устройство, обеспечивающее независимое регулирование интенсивности и фазы светового потока посредством изменения напряжения. Устройство функционирует на основе излучения второй гармоники.
Излучение второй гармоники возникает в результате взаимодействия фотонов с нелинейной оптической средой. В процессе генерации такого излучения ученые получают свет, частота которого вдвое выше исходной, а часть первичных фотонов не изменяется и проходит сквозь препятствие. В тех областях физики, где свет используется для передачи энергии, вторая гармоника играет ключевую роль, поскольку частота становится определяющим фактором. Возможности генерации второй гармоники также связаны с созданием и применением запутанных фотонов.
Ученые разработали оптический элемент, управляемый электрическим сигналом, который позволяет независимо модулировать фазу и интенсивность света второй гармоники.
Как правило, эти оптические элементы неактивны, то есть они отражают, рассеивают или потребляют энергию. Новый элемент активен при своем небольшом размере в 4,5 на два микрометра. Контроль работы осуществляется приложением напряжения. Регулируя этот параметр, исследователи смогли точно выбирать как фазу, так и амплитуду излучения. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
Первичные данные, полученные в ходе экспериментов, вселяют оптимизм относительно конструкции устройства: его яркость регулируется в широком диапазоне, от максимального значения до полного отсутствия, при любой фазе в пределах от 0 до 360 градусов. Ученым также удалось добиться нелинейной реакции в пределах примерно 0-30 нанометров на вольт, что позволяет настраивать чувствительность устройства. Они способны изменить напряжение настолько, что оно не будет менять фазу излучения или будет влиять на нее значительно.
Ученые представили разработанные ими фазовые и амплитудные решетки, позволяющие динамически изменять дифракционную картину излучения света. Возможность быстрого переключения между различными типами решеток делает это новшество универсальным инструментом для управления световыми потоками.
Ключевым элементом при создании устройства оказалась его поверхность. Ученые создали на ней наноструктуры с квантовыми ямами и металлическими нанополостями, расположенные парами с противоположными фазами.
«Впервые нам удалось обойти физические ограничения, свойственные существующим нелинейным оптическим устройствам, и представить миниатюрную платформу, которая обеспечивает высокоскоростное и высокоточное оптическое управление исключительно посредством электрических сигналов. Данная технология способна стать основой для активных квантовых оптических систем, например, источников запутанных фотонов и систем управления квантовой интерференцией», — заключил профессор Чжонвон Ли ( Jongwon Lee), руководивший исследованием.