Группа физиков, в которую входили и ученые из России, создали уникальное устройство для контроля световых импульсов.
Схема работы устройства. Красным обозначена входная волна, синим — выходная с удвоенной частотой / © Koshelev et al., Science, 2020
Электрооптические приборы дают возможность передавать данные и записывать информацию при помощи оптических импульсов. Для того чтобы хорошо контролировать световой луч, необходимо удержать его в достаточно малом пространстве на длительное время. Устройства, в которых удерживается свет, называются резонаторами.
До сих пор оптические резонаторы с приемлемыми характеристиками получались, только если размеры устройства превышали длину волны светового излучения. Многочисленные попытки сконструировать нанометровый резонатор неизменно оказывались неудачными: приборы плохо удерживали свет и обладали низкой добротностью (отношением общей энергии колебательной системы к затратам энергии при изменении фазы колебаний на один радиан). Однако интернациональной группе ученых, в которую входили физики из российского университета ИТМО, удалось создать подобное устройство. Статья об этом опубликована в журнале Science.
Возможность создания такого типа резонаторов была предсказана почти три года назад. Высокая добротность в них достигается благодаря реализации режима связанных состояний в континууме. Нанометровые резонаторы, состоящие из арсенида галлия и имеющие форму цилиндров диаметром около 900 нанометров и высотой 700 нанометров, захватывают свет на время, в 200 раз превышающее период одного колебания световой волны. Это в 20-40 раз больше, чем удавалось добиться при помощи частиц такого размера ранее.
Используя эти цилиндры, можно увеличивать частоту световой волны в несколько раз. Так, инфракрасный свет при прохождении через полупроводниковую частицу нанометрового размера преобразовывается в излучение видимого диапазона. Это свойство можно использовать для создания приборов ночного видения.
Как утверждают авторы работы, для создания нанометрового резонатора не обязательно использовать строго арсенид галлия. Могут подойти и другие материалы с полупроводниковыми свойствами. Размеры резонатора также можно масштабировать: главное — соблюдать примерное соотношение высоты и диаметра полупроводниковой частицы.
