Новый рекорд: ученым удалось сохранить свет в микроскопическом резонаторе в течение длительного времени

Новости МирТесен

Уникальное устройство для управления световыми импульсами разработали физики, среди которых были и российские ученые.

Электрооптические приборы позволяют передавать данные и записывать информацию, используя оптические импульсы. Для эффективного управления световым лучом требуется его удержание в ограниченном объеме на протяжении определенного времени. Устройства, предназначенные для удержания света, называются резонаторами.

Ранее создание оптических резонаторов с удовлетворительными параметрами было возможно только при условии, что их габариты превышали длину волны светового излучения. Многочисленные попытки разработки нанометровых резонаторов не увенчались успехом: подобные устройства демонстрировали недостаточную способность удерживать свет и характеризовались низкой добротностью – показателем, отражающим соотношение общей энергии колебательной системы к потерям энергии при изменении фазы колебаний на один радиан. Тем не менее, международной команде ученых, среди которых были физики из российского университета ИТМО, удалось создать подобное устройство. Результаты исследования представлены в научной статье опубликована в журнале Science.

Теоретическое обоснование возможности создания таких резонаторов было сформулировано приблизительно три года назад. Высокая добротность обеспечивается за счет реализации режима связанных состояний в континууме. Нанометровые резонаторы, изготовленные из арсенида галлия и имеющие цилиндрическую форму с диаметром около 900 нанометров и высотой 700 нанометров, удерживают свет в течение периода, который в 200 раз превышает период колебания световой волны. Это значение в 20-40 раз больше, чем достигалось ранее при использовании частиц аналогичного размера.

С помощью этих цилиндров удается многократно увеличивать частоту световой волны. Например, инфракрасное излучение, проходя через полупроводниковую частицу нанометрового размера, трансформируется в свет видимого спектра. Данное свойство позволяет создавать устройства ночного видения.

По мнению авторов исследования, для изготовления нанометрового резонатора не требуется использование исключительно арсенида галлия. Возможна альтернатива в виде других материалов, обладающих полупроводниковыми характеристиками. Кроме того, размеры резонатора могут быть изменены, при условии сохранения пропорционального соотношения высоты и диаметра полупроводниковой частицы.