Быстрая передача информации и эффективные системы связи требуют предельно скоростной обработки оптических сигналов. Хотя сегодня для этого используется электричество, будущее однозначно за полноценными оптическими технологиями: свет обеспечивает молниеносную передачу с меньшими энергозатратами. Особую надежду вселяют метаповерхности – ультратонкие линзы, прецизионно управляющие световыми волнами. Однако их скорость пока не превышает наносекунд или десятков пикосекунд, подталкивая научное сообщество к поиску инновационных решений.
Свет как ключ к скорости: Лазерная инновация в метаповерхностях
Группа ученых предложила прорывной метод контроля света: активизацию метаповерхностей лазерными импульсами. В качестве прототипа они рассматривают одномерные или двумерные структуры из AlGaAs, созданные на сапфировой подложке. Ультракороткие лазерные вспышки нарушают симметрию наноструктуры, открывая радиационный канал для проникновения излучения и переключения оптических состояний. После этого канал мгновенно закрывается, восстанавливая исходное состояние системы. Эта концепция – плод многолетнего сотрудничества исследователей ИТМО с итальянскими профессорами К. Де Анджелисом (Университет Брешии) и Д. Делла Валле (Политехнический университет Милана).
Рекордные скорости и практические плюсы
Оптическое управление позволило добиться фантастической скорости переключения эффектов – измеряемой долями пикосекунды. Существенное достоинство технологии – ее работа в видимом спектре без необходимости сложных многослойных структур или электрических контуров. Решение базируется на элегантной схеме «зонд-накачка», где накачивающий импульс управляет зондирующим каналом.
От теории к практике
Пока создана прочная теоретическая база. Физики настроены оптимистично и уже планируют экспериментальное подтверждение своих расчетов.
Блестящие перспективы технологии
Сверхбыстрое управление световыми потоками открывает дверь к революционным разработкам:
- Оптические переключатели и модуляторы для сверхскоростной световой связи.
- Энергоэффективные, невероятно быстрые процессоры «оптических компьютеров».
- Продвинутые медицинские сенсоры и камеры инфракрасного/УФ-диапазона.
- Потрясающе динамичная и детализированная голография и изображения в AR/VR-устройствах.
Голос ученого: Михаил Петров об оптической революции
«Современные электронные процессоры достигли частотного предела — около 3-4 ГГц. Оптические подходы способны увеличить эту скорость в разы! Наша разработка теоретически достижима на уровне терагерцов, радикально ускорив передачу данных. Более того, этот метод применим к другим полупроводниковым метаповерхностям, таким как популярный в фотонике кремний», — поясняет Михаил Петров, ведущий научный сотрудник Нового физтеха ИТМО.
Поддержка прорыва
Работа получила мощную поддержку программы «Приоритет 2030», выполняясь в рамках передовой лаборатории «Нанофотонные метаструктуры для сверхбыстрых оптических вычислений».
Источник: naked-science.ru
