Новое исследование открывает захватывающие перспективы для оптических технологий. Для быстрой передачи данных и создания эффективных систем связи необходима ускоренная обработка оптических сигналов. Современные системы используют электричество, однако истинный потенциал будущего за полностью оптическими решениями: свет распространяется значительно быстрее тока и требует меньше энергозатрат. Один из ключевых методов быстрого управления светом основан на метаповерхностях — ультратонких оптических элементах, точно взаимодействующих с электромагнитными волнами. Существующие подходы имеют скоростные ограничения в наносекундах или десятках пикосекунд, что стимулирует поиск новых решений.
Инновационный подход к управлению светом
Исследовательская команда предложила новую стратегию контроля света в метаповерхностях с использованием лазерной подсветки. В качестве модели рассмотрена одно- или двумерная метаповерхность из AlGaAs, нанесенная на сапфировую подложку. Кратковременные импульсы лазера разрушают симметрию наноструктуры, открывая радиационный канал для проникновения излучения и меняя её оптические состояния. Затем канал стремительно закрывается, восстанавливая исходное состояние структуры. Эта концепция развивалась в рамках продолжительного научного сотрудничества специалистов ИТМО с международными коллегами.
Фантастическая скорость переключения
Применив оптическое воздействие, физики оценили сверхвысокую скорость переключения световых эффектов — на уровне долей пикосекунды! Значимое преимущество метода — его работа в видимом диапазоне без необходимости сложных многослойных структур или электрических цепей. Управление осуществляется через схему «зонда-накачки», где оптический импульс накачки модулирует пробный сигнал.
Путь к практическому воплощению
Хотя текущая работа носит теоретический характер, ученые активно готовятся к экспериментальной проверке своих расчетов для подтверждения эффективности подхода.
Перспективные применения революционной технологии
Высокоскоростной контроль света прокладывает дорогу к созданию инновационных оптических переключателей и модуляторов. Эти компоненты станут основой для:
* Сверхбыстрой оптической связи.
* Энергоэффективных световых процессоров для компьютеров нового поколения.
* Усовершенствованных медицинских сенсоров и камер невидимого диапазона.
* Продвинутых систем голографии, дополненной (AR) и виртуальной реальности (VR).
Комментарий Михаила Петрова из ИТМО
«Рабочая частота современных электронных процессоров ограничена несколькими гигагерцами. Оптические методы многократно увеличивают эту скорость — в нашей концепции до терагерцовых значений, что теоретически значительно поднимет скорость передачи данных. Предложенный подход применим и для метаповерхностей из других полупроводников, например, кремния», — отметил Михаил Петров, ведущий сотрудник Нового физтеха ИТМО.
Поддержка исследований
Работа выполнена при поддержке стратегической программы «Приоритет 2030» в рамках деятельности лаборатории «Нанофотонные метаструктуры для сверхбыстрых оптических вычислений».
Источник: naked-science.ru
