Ученые из университета Дьюка создали новое устройство, благодаря которому свет может огибать острые углы с минимальными потерями.
Инженеры из Университета Дьюка представили разработку – устройство, которое позволяет направлять фотоны света вокруг острых углов с минимальными потерями, связанными с рассеиванием. Такая технология может оказаться ключевой, если электронные приборы в будущем будут заменены на световые. О результатах исследования рассказано в статье опубликована в журнале Nature Nanotechnology.
Фотонные кристаллы, основанные на принципах топологических изоляторов, позволили получить данный результат. Ученые, тщательно регулируя структуру кристаллической решетки, смогли предотвратить проникновение света внутрь и организовать его распространение по поверхности. Это обеспечивает практически безупречную передачу света вокруг углов, при этом устройство значительно меньше, чем предыдущие аналоги.
По оценкам Ассоциации полупроводниковой промышленности, темпы роста числа электронных устройств настолько велики, что к 2040 году в мировом масштабе возникнет хватать энергии для обеспечения работы всех их. Одно из возможных решений заключается в том, чтобы использовать для передачи данных безмассовые фотоны вместо электронов. Помимо экономии энергии, фотонные системы также обещают быть быстрее и иметь более высокую пропускную способность.
Фотоны находят применение в ряде устройств. Однако, одним из ограничений современных технологий является неэффективность таких систем при изменении направления или искривлении светового потока. Для обхода углов в микроскопических масштабах фотонам требуется особый механизм, если они когда-либо заменят электроны в микрочипах.
Ранее было показано, что при повороте фотонов вокруг углов потери энергии минимальны, однако новое исследование ученых из университета Дьюка позволило добиться этого в устройстве размером всего 35 микрометров в длину и 5,5 микрометра в ширину. Это на 100 раз меньше, чем в предыдущих разработках.
Используя электронно-лучевую литографию, ученые создали топологические изоляторы и провели измерения светопропускания при прохождении через ряд резких изгибов. Полученные данные свидетельствуют о минимальных потерях света, составляющих всего несколько процентов на каждом повороте.
Исследователи отмечают, что их устройство также обладает широкой полосой пропускания, совместимо с полупроводниковыми технологиями и работает на длинах волн, использующихся сегодня в телекоммуникациях. Далее они планируют сделать свой волновод динамически настраиваемым, чтобы изменить его пропускную способность. Это позволит включать и выключать устройство в любой момент, что важно и для реализации оптических технологий на основе фотонов.