Ученые нашли новый способ управления светом. Квадриллионные импульсы изменят оптику

Ученые предложили использовать сверхкороткие световые импульсы — длительностью квадриллионные доли секунды — для управления оптическими свойствами материалов. Эти импульсы создают периодические возмущения, превращая среду в систему зеркал, которая бесконечно перенаправляет свет. Исследование, поддержанное грантами Российского научного фонда (РНФ), опубликовано в журнале Optics Letters.

Материалы с управляемыми оптическими свойствами (способностью поглощать, преломлять и отражать свет) становятся все более востребованными. На их основе создаются датчики освещения, фотонные микросхемы, оптические переключатели, микрорезонаторы и другие приборы, необходимые в оптоволоконных линиях связи для передачи информации на большие расстояния. Оптические переключатели, работающие в режимах «включен» и «выключен», позволяют передавать или останавливать свет по каналу. Физики ищут способы быстро менять оптические свойства материалов за миллиардные доли секунды и быстрее.

Исследователи из Санкт-Петербургского государственного университета предложили использовать сверхкороткие оптические импульсы длительностью квадриллионные доли (или 10^-15) секунды для управления свойствами различных сред.

Авторы математически смоделировали прохождение таких импульсов через оптически однородную среду. По предложенному подходу, два импульса подаются одновременно навстречу друг другу, создавая в среде возмущения. Это приводит к изменению населенности квантовых уровней атомов, распределяя электроны в их оболочках. Атомы с измененными уровнями населенности чередуются, подобно волнам на воде, изменяя способность среды пропускать и преломлять свет. В результате формируются полосы с разным преломлением, образующие параллельные «зеркала». На этих зеркалах свет может «останавливаться».

Предложенный метод позволяет быстро изменять состояние среды, превращая ее в «зеркало» и изменяя ее оптические свойства. Это происходит за счет крайне короткой длительности импульсов.

«Предлагаемый подход может использоваться при создании микрорезонаторов — устройств для управления светом на микроскопическом уровне, которые востребованы во многих оптоэлектронных устройствах. За счет малой длительности световых импульсов управлять микрорезонатором, работающим по такому принципу, можно будет максимально быстро».

— Ростислав Архипов, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник физического факультета СПбГУ

Таким образом, исследователи предлагают новый способ управления оптическими свойствами материалов, который может быть использован в различных оптоэлектронных устройствах, таких как лазеры, сенсоры и фотопоглотители. В перспективе, детальное изучение динамики микрорезонаторов под действием предельно коротких световых импульсов откроет новые возможности для развития технологий.