Наука и технологии России

Вход Регистрация

Российский учёный создал чип, который может заменить сложную лазерную установку

Группа российских и швейцарских физиков создала чип, генерирующий фемтосекундные импульсы света с особым частотным спектром под названием "оптическая гребенка", то есть делающий то, чего прежде удавалось добиться лишь с помощью больших и сложных лазерных установок. Сообщение об этом опубликовано 1 января в журнале Science.

Эту работу можно назвать заключительным аккордом в серии работ группы, касающихся исследований оптических гребёнок – так называются сигналы, чей частотный спектр представляет собой набор равноотстоящих друг от друга линий. Начавшись с исследования шумов в оптических сигналах такого сорта, эти работы привели сначала к созданию генераторов этих сигналов с сердцем в виде диска миллиметрового диаметра и закончились созданием полноценного чипа, почти пригодного для коммерческого использования.

Фемтосекундные оптические гребенки – недавнее изобретение. Появившись в конце 90-х, они оказались настолько востребованными в самых разных областях – в системах телекоммуникации, в лазерной спектроскопии, в астрофизике и так далее, – что уже в 2005-м году их авторы, Теодор Хэнш из Германии и Джон Холл из США, получили за них Нобелевскую премию. Для получения таких гребёнок использовались лазеры с синхронизацией мод. При этой методике лазер, излучает свет не одной частоты, как это принято думать о лазерах, а сразу несколько "мод" – световых лучей с кратными частотами. Если эти моды синхронизировать, то есть сделать так, чтобы их фазы были жестко связаны между собой, то в результате интерференции этих мод непрерывный луч лазера превратится в последовательность импульсов со спектром "гребенки".

За этой, без преувеличения, технологической революцией вскоре последовала другая – в 2007-м году в лаборатории Тобиаса Киппенберга (тогда работавшего в группе Т. Хэнша, а ныне возглавляющего лабораторию в Федеральной политехнической школе Лозанны в Лозанне, Швейцарии) в микрорезонаторах из плавленого кварца, открытых в МГУ имени М.В. Ломоносова, тоже были получены оптические гребенки, и для их создания уже не требовались громоздкие и сложные установки. Появилась возможность на порядки уменьшить размеры устройств. Генерация таких гребёнок связана с так называемым эффектом Керра, состоящим в том, что в нелинейных средах показатель преломления зависит от интенсивности падающего на него света.

Правда, это была не столько революция, сколько её начало – швейцарские исследователи, а позже и другие группы в разных лабораториях, фактически только показали принципиальную возможность создавать "гребенки" подобным образом, но то, что у них получалось, было ещё очень далеко от идеала, гребенки получались шумными, нестабильными (они походили на расчески с выломанными, да ещё вдобавок ползающими туда-сюда зубьями) и ученым предстояло решить массу проблем, чтобы запустить эти резонаторы в работу. Первой из них была проблема шумов. В сотрудничестве с группой Киппенберга ученые физического факультета МГУ в начале 2013-го года решили её, доказав, что эти шумы не носят фундаментального характера, что от них можно избавиться, и показали, как это сделать. Оставалось главное - сделать "правильные" гребенки и создать с этим спектром последовательность импульсов с очень короткой, фемтосекундной длительностью (то есть с длительностью порядка 10 в минус пятнадцатой степени секунды). В конце того же года они справились и с этой проблемой.

Для создания таких гребёнок физики МГУ и Российского квантового центра предложили использовать “солитоны”, то есть компактно упакованные волны, своеобразные электромагнитные цунами, которые ведут себя, как частицы.. По развитой в МГУ теории облучение лазерным светом дисков из таких нелинейных сред порождает в этих дисках движущиеся по кругу солитоны, в результате чего на выходе связанного с диском оптоволокна возникает последовательность импульсов, следующих друг за другом через время одного обхода солитоном окружности диска. В качестве резонатора физики использовали тогда миллиметровый диск из кристалла фторида магния. С его помощью им удалось получать импульсы-гребенки длительностью в 100-200 фемтосекунд.

В этом году российско-швейцарская команда закрепила успех и научилась напылять специальные микрорезонаторы для гребенок в чипах.

"Разница, конечно, огромная, – говорит один из российских соавторов статьи профессор физического факультета МГУ Михаил Городецкий. – Если в лазерах с синхронизацией мод для генерации импульсов используются сложные оптические устройства, среды и специальные зеркала, то мы получаем такие же стабильные импульсы в простом пассивном резонаторе, внедренном в микрочип и имеющем размеры не более 100-200 микрон".

Изменилось и качество гребёнок – теперь длительность импульсов удалось сократить со 100-200 до 30 фемтосекунд. Последнее достижение группы "Москва-Лозанна", по словам профессора Городецкого, не только самым категорическим образом снижает размеры, сложность и стоимость генераторов гребёнок, но вдобавок открывает новые горизонты для их использования в режимах, "недостижимых другими методами".

РЕЙТИНГ

5.00
голосов: 11

Обсуждение

Новости

Программы виртуальной реальности бесполезны в постинсультной реабилитации

В США прибыли российские двигатели для ракет Antares

В Копенгагене появился первый в мире аппарат по замене паспорта

Человек стал «соавтором» эволюции в появлении новых видов

Глубокое декольте повышает шансы получить работу

Синдром хронической усталости вызывают кишечные бактерии

Кстати,
на
52%
сократились...
Конференция IPS-21