Scienty

Фото: img.freepik.com

Специалисты из NTT Research, Корнелльского и Стэнфордского университетов создали первое в мире программируемый нелинейный фотонный волновод, позволяющий изменять оптические характеристики непосредственно на чипе. Эта разработка разрушает сложившееся представление об оптических приборах, согласно которому каждый из них выполняет только одну функцию, которое десятилетиями определяло развитие оптики.

«Полученные нами данные свидетельствуют о том, что мы отказываемся от традиционной модели нелинейной оптики, при которой возможности устройства определяются на стадии изготовления », — отметил ведущий автор исследования, Рётацу Янагимото, работающий в NTT Research.

Фотонные устройства, используемые традиционно, способны выполнять только одну функцию, определенную в процессе их создания. Любое изменение функциональности предполагает использование дополнительного физического компонента, что приводит к усложнению конструкции, увеличению стоимости производства и уменьшению количества готовой продукции.

Разработка основана на использовании нитрида кремния и предполагает возможность динамической модификации оптических характеристик устройства посредством воздействия на чип с помощью определенных световых узоров. Создаваемые этими узорами управляемые области нелинейности определяют текущую функциональность прибора. Изменение схемы освещения позволяет мгновенно переводить устройство в один из множества различных нелинейно-оптических режимов.

Ученые представили разнообразные возможности применения, включая формирование оптических импульсов произвольной формы, регулируемое удвоение частоты, голографическую генерацию пространственно-спектральной структуры света, а также возможность обратного проектирования нелинейно-оптических функций в режиме реального времени.

Новинка обладает значительным потенциалом: прогнозируется, что к 2035 году объем рынка интегральных фотонных схем достигнет 50 миллиардов долларов, затрагивая области телекоммуникаций, квантовых технологий, датчиков и лидаров. Возможность программирования фотонных устройств после их создания позволит сократить расходы на исследования и производство, повысит процент годной продукции и сделает оптические системы более компактными и экономичными в плане энергопотребления.

Для квантовых компьютеров эти последствия имеют особое значение, поскольку программируемые источники квантового света и преобразователи частоты способны существенно повысить их вычислительные возможности и сетевой потенциал. В области телекоммуникаций данная технология позволит создавать перестраиваемые источники света для сетей 5G и разрабатываемого стандарта 6G.

Ученые намерены продолжить совершенствование технологии, приспосабливая ее для включения в состав других материалов и создавая условия для выполнения квантовых операций.

Объединение усилий физиков и специалистов в области информатики позволяет значительно повысить гибкость и производительность вычислений, основанных на использовании света.