Прорыв в науке: создан первый в мире программируемый волновод
Ученые в США опровергли давнее правило в оптике «один прибор — одна функция», которое ограничивало развитие и масштабирование световых технологий. Они создали первый в мире программируемый нелинейный фотонный волновод — устройство на одном кристалле, способное переключаться между несколькими оптическими функциями. Разработка открывает новую страницу в исследованиях оптических и квантовых вычислений, коммуникаций и источников света.
Стандартные фотонные устройства могут выполнять только одну функцию, определенную на этапе производства. Для каждой новой задачи требуется отдельное устройство, что увеличивает стоимость и сложность работ, а также увеличивает количество производственных отходов, пишет IE.
Новый программируемый нелинейный волновод нарушает эту традицию. Его оптические свойства, созданные на основе ядра из нитрида кремния, можно динамически изменять, проецируя на чип структурированные световые узоры. Эти шаблоны создают программируемые области оптической нелинейности, которые мгновенно определяют, что делает устройство при переключении с одной функции на другую. Проецируя различные световые диаграммы, устройство может выполнять ряд нелинейных оптических задач, используя одну и ту же физическую структуру.
Используя этот подход, группа ученых из NTT Research, Корнеллского и Стэнфордского университетов продемонстрировала случайное формирование импульсов, настраиваемую генерацию второй гармоники, голографическую генерацию пространственно-спектрального структурированного света и обратное вычисление нелинейных оптических функций в реальном времени.
«Этот прорыв фундаментально меняет принципы работы нелинейных фотонных устройств», — сказал Рётацу Янагимото, руководитель исследования. «Впервые открыт путь к применению нелинейной оптики в крупномасштабных оптических схемах, реконфигурируемых квантовых преобразователях частоты, синтезаторах произвольных оптических сигналов, перестраиваемых классических и квантовых источниках света».
Согласно отчету IDTechEx, к 2035 году годовой доход рынка фотонных интегральных схем может превысить 50 миллиардов долларов. Возможность программировать фотонные устройства после их изготовления может значительно снизить затраты на исследования, разработки и производство, одновременно повышая производительность готовой продукции. А Появление более компактных и энергоэффективных оптических систем должно ускорить развитие квантовых вычислений и повысить эффективность систем связи 5G и 6G.
