Красноярские ученые разработали микрорезонатор с
фотоннокристаллическими зеркалами и жидкокристаллическим резонаторным
слоем. Особенность нового устройства в способности управлять мощностью
излучения энергии из резонатора. Это может быть использовано для
управления световыми полями, создания сенсоров и лазерных резонаторов.
Работа опубликована в журнале Nanoscale.
Микрорезонатор — это небольшое устройство, которое используется для
управления светом на микроскопическом уровне. Он используется в различных
устройствах фотоники, таких как оптические переключатели, фильтры и датчики.
Микрорезонатор состоит из нескольких слоев различных материалов,
оптимизация которых позволяет настраивать частоту, ширину линии и
поляризацию проходящего через микрорезонатор света.
Ученые из ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» провели
предварительные теоретические исследования и построили численную модель
микрорезонатора. Это позволило изготовить образец и измерить его
спектральные характеристики. Одним из ключевых аспектов этого исследования
является возможность перестройки характеристик микрорезонатора. Это
открывает перспективы для создания адаптивных и управляемых оптических
систем, которые могут быстро и эффективно изменять свои свойства в
зависимости от внешних условий или требований системы.
Для решения этого вопроса ученые предложили сделать микрорезонатор,
который представляет собой жидкокристаллический дефектный слой, внедренный
в одномерный фотонный кристалл. Результаты экспериментов подтвердили, что
созданный микрорезонатор может изменять мощность излучения в зависимости
от управляющего напряжения. Полученные результаты могут быть использованы
для создания перестраиваемых устройств фотоники, работающих при низких
напряжениях.
«Одномерные фотонные кристаллы – это многослойные зеркала из
диэлектрических материалов. По сравнению с металлическими, они обладают
низкими потерями, потому что почти не поглощают свет. Они используются
в лазерных резонаторах. Жидкие кристаллы – это уникальные материалы,
обладающие одновременно оптическими свойствами кристаллических твердых
тел, но в то же время находящиеся в жидкой фазе», — рассказал один из
авторов работы, лаборант Института физики им. Л. В. Киренского СО РАН Даниил
Бузин.
Когда микрорезонатор освещается, световая волна концентрируется в его центре.
Если покрыть эту структуру слоем золота толщиной всего 50 нанометров, свет
будет дополнительно концентрироваться на границе между микрорезонатором и
слоем золота. Добавление жидкокристаллического слоя позволило ученым
управлять еще и излучаемыми потерями энергии.
«Мы обнаружили локализованное состояние, которое не излучает энергию в
окружающее пространство – связанное состояние в континууме. Путем
приложения к жидкому кристаллу внешнего напряжения, приводящего к
изменению его оптических свойств, нам удалось отстроиться от связанного
состояния в континууме и управлять мощностью, излучаемой в окружающее
пространство», — добавил кандидат физико-математических наук, научный
сотрудник Института физики им. Л. В. Киренского СО РАН Павел Панкин.
Изучение микрорезонаторов на основе жидкокристаллических слоев в фотонных
кристаллах актуально для развития технологий в области оптоэлектроники,
нанофотоники и плазмоники. Такие исследования позволяют разрабатывать
новые устройства для управления светом на микро- и наномасштабах, что имеет
большой потенциал для применения в различных областях, таких как создание
лазеров и оптических сенсоров.
В работе также принимали участие специалисты Сибирского федерального
университета, Сибирского государственного университета науки и технологий им.
академика М.Ф. Решетнева и АО НПП «Радиосвязь».
Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда (проект №
22-22-00687).
Фото: служба научных коммуникаций Федеральный исследовательский центр «Красноярский научный центр СО РАН»
Нет комментариев