22 августа 2019, четверг, 09:46
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

16 ноября 2016, 09:31

Кремниевые наноантенны будут управлять светом

Схематическое изображение нелинейного рассеяния света на димере двух кремниевых частиц с изменяемой диаграммой направленности
Схематическое изображение нелинейного рассеяния света на димере двух кремниевых частиц с изменяемой диаграммой направленности
МФТИ

Коллектив физиков из Университета ИТМО, МФТИ и Техасского университета в Остине разработал устройство необычных наноантенн, способных рассеивать свет в желаемом направлении в зависимости от интенсивности падающего излучения, сообщается в пресс-релизе МФТИ. Достигнутые результаты открывают дорогу к гибкой обработке оптической информации в телекоммуникационных системах.

Одной из задач, для которых требуется «продвинутое» управление светом, является создание оптических компьютеров. В этих устройствах переносчиком информации являются не электроны, а фотоны. Использование света вместо заряженных частиц позволит в перспективе увеличить скорость передачи и обработки информации на порядки. В работе, опубликованной в Laser & Photonics Reviews, исследователи разработали устройство новой нелинейной наноантенны, которая позволяет изменять направление рассеяния света в зависимости от интенсивности падающей волны. Основой предлагаемой наноантенны служат кремниевые наночастицы, в которых под действием интенсивного лазерного излучения происходит генерация электронной плазмы. Авторы уже демонстрировали возможности таких наночастиц для нелинейного и сверхбыстрого управления светом. Тогда исследователям удалось управлять долей света, рассеянной вперед и назад. Теперь ученые смогли повернуть рассеянный пучок света в желаемую сторону в зависимости от интенсивности падающего света.

Для поворота диаграммы направленности наноантенны авторы воспользовались механизмом генерации плазмы в кремнии. Наноантенна представляет собой димер — две кремниевые наносферы различных диаметров. При облучении слабым лазерным пучком рассеяние света на такой антенне происходит в сторону вследствие несимметричной геометрии. Диаметры наночастиц выбраны так, что на длине волны лазера одна из них является резонансной.  При облучении мощным лазерным импульсом в ней происходит интенсивная генерация электронной плазмы, что приводит к изменению оптических свойств этой частицы. Другая же частица – нерезонансная, и мощное поле лазера почти не влияет на ее свойства. Говоря грубо, при правильном выборе размеров двух частиц и параметров падающего пучка (длительности и интенсивности), размеры частиц становятся эффективно «одинаковыми», и антенна переизлучает свет вперед.

«Существующие оптические наноантенны позволяют управлять светом в достаточно широких пределах. Однако, это умение обычно “зашито” в их геометрии и материалах, из которых сделана антенна, и простое изменение этих характеристик невозможно, — комментирует открытия аспирант МФТИ, один из авторов работы, Денис Баранов. — Наноантенна, которую мы разработали, позволяет динамически управлять своими свойствами. Когда вы светите на нее слабым импульсом — получаете один результат, а с сильным лазерным импульсом получаете совершенно другое поведение!».

Старший научный сотрудник кафедры нанофотоники и метаматериалов Университета ИТМО Сергей Макаров резюмирует: «В данной работе мы сфокусировались на разработке наноразмерного оптического чипа размером менее чем 200х200х500 нм, то есть в разы меньше длины волны фотона, носителя информации. Новый элемент позволит менять направление распространения световых импульсов со скоростью в сотни раз большей по сравнению с электронными аналогами. Наше устройство может позволить распределять сигнал в два оптических канала с чрезвычайно коротким интервалом, что очень важно для современных систем телекоммуникации».

Сегодня информация по оптоволокну передается с рекордными скоростями, до сотен Гбит/с. Однако ныне существующая электроника обрабатывает такой сигнал со скоростями всего лишь в несколько Гбит/с для одного элемента. Создание нелинейных оптических наноантенн позволит решить эту проблему. Быстродействие предложенной авторами антенны достигает 250 Гбит/с. Это откроет дорогу к сверхбыстрой обработке оптической информации. Нелинейная антенна, разработанная исследователями, предоставляет еще больше возможностей для управления светом на наномасштабе, которое необходимо для реализации  фотонных компьютеров и различных устройств.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
«Ангара» Африка Византия Вселенная Гренландия ДНК Иерусалим КГИ Луна МГУ Марс Металлургия Монголия НАСА РБК РВК РГГУ РадиоАстрон Роскосмос Роспатент Росприроднадзор Русал СМИ Сингапур Солнце Юпитер акустика антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика бактерии бедность библиотеки биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера викинги вирусы воспитание вулканология гаджеты генетика география геология геофизика геохимия гравитация грибы дельфины демография демократия дети динозавры животные здоровье землетрясение змеи зоопарк зрение изобретения иммунология импорт инновации интернет инфекции ислам исламизм исследования история карикатура картография католицизм кельты кибернетика киты климатология комета кометы компаративистика космос культура лазер лексика лженаука лингвистика льготы мамонты математика материаловедение медицина метеориты микробиология микроорганизмы мифология млекопитающие мозг моллюски музеи насекомые наука нацпроекты неандертальцы нейробиология неолит обезьяны общество онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты перевод питание планетология погода политика право приматы психиатрия психоанализ психология психофизиология птицы ракета растения религиоведение рептилии робототехника рыбы сердце смертность сон социология спутники старение старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры топливо торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология физика физиология фольклор химия христианство школа экология эпидемии эпидемиология этология язык Александр Беглов Древний Египет Западная Африка Латинская Америка НПО «Энергомаш» Нобелевская премия РКК «Энергия» Российская империя Сергиев Посад альтернативная энергетика аутизм биология бозон Хиггса глобальное потепление грипп информационные технологии искусственный интеллект история искусства история цивилизаций исчезающие языки квантовая физика квантовые технологии компьютерная безопасность компьютерные технологии космический мусор криминалистика культурная антропология междисциплинарные исследования местное самоуправление мобильные приложения научный юмор облачные технологии обучение одаренные дети педагогика персональные данные подготовка космонавтов преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека русский язык сланцевая революция финансовый рынок черные дыры эволюция эмбриональное развитие этнические конфликты ядерная физика Вольное историческое общество жизнь вне Земли естественные и точные науки НПО им.Лавочкина Центр им.Хруничева История человека. История институтов дело Baring Vostok Протон-М 3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.