Ученые совершили прорыв в контроле над асимметричными состояниями света внутри микрорезонаторов — миниатюрных оптических систем, получивших название «ловушек для излучения». В ходе экспериментов исследователям впервые удалось создать переключаемые волны с разной интенсивностью, несмотря на идентичность исходных лазерных источников. Это открытие создает уникальные возможности для разработки перспективных фотонных технологий: ультраточных сенсоров, быстродействующих оптических коммутаторов и элементов фотонной логики. Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда.
Новые горизонты фотонных технологий
Современную физику особенно волнуют явления нарушения симметрии в оптических системах. Уникальный эффект, когда изначально одинаковые световые потоки приобретают разную интенсивность, удалось воспроизвести в микрорезонаторах из нелинейных материалов. Эти компактные устройства, способные удерживать свет в микроскопическом объеме, демонстрируют удивительные свойства: при определенных условиях встречные волны начинают резко отличаться по мощности после прохождения через резонатор. Такое управление световыми потоками открывает путь к созданию целого спектра устройств — от немагнитных изоляторов до высокоэффективных логических схем.
За пределами керровской нелинейности
До недавнего времени феномен нарушения симметрии изучался преимущественно в системах с керровской нелинейностью, где оптические свойства среды зависят от напряженности электрического поля. Однако команда нижегородских исследователей из Института прикладной физики РАН совершила открытие в области рамановских взаимодействий. Ученые впервые продемонстрировали, как в микрорезонаторах происходит обратимое нарушение симметрии благодаря рассеянию света на молекулярных колебаниях. Этот механизм генерирует дополнительные частотные компоненты, создавая новые возможности для управления световыми режимами.
Перспективы для фотоники будущего
Обнаруженный эффект динамического управления симметрией световых потоков позволяет по-новому взглянуть на проектирование оптических систем. Технология уже сегодня может быть использована для создания интеллектуальных фотонных схем с перестраиваемыми характеристиками, открывая путь к разработке компактных датчиков нового поколения и высокоскоростных систем оптической обработки информации. Ученые уверены, что это достижение станет важным шагом на пути к созданию энергоэффективных устройств фотоники следующего поколения.
Создан микрорезонатор с уникальными оптическими свойствами
Учёные разработали инновационный микрорезонатор в форме шара диаметром немногим более 100 микрометров — это близко к толщине человеческого волоса. Устройство, созданное на основе стеклянного оптического волокна, открывает новые возможности в управлении светом. При одновременном воздействии лазерных импульсов одинаковой частоты с противоположных сторон в системе начали формироваться рамановские волны с пониженной частотой. Удивительно, но при определённых настройках симметричные волновые процессы трансформировались в асимметричные, демонстрируя различия в интенсивности. Впервые удалось зафиксировать динамическое переключение между состояниями, когда волны менялись «ролями»: та, что была слабее, становилась доминирующей, и наоборот.
Прорыв в управлении световыми волнами
Эксперимент подтвердил возможность создания встречных рамановских волн с контролируемой асимметрией и их переключения — это важный шаг как для фундаментальной науки, так и для практических приложений. Технология позволяет работать со светом вне диапазона исходного лазера, а также открывает перспективы для повышения точности миниатюрных датчиков, оптических сенсоров и компактных фотонных чипов следующего поколения.
«Настройка частоты лазерного излучения даёт удивительный контроль над поведением рамановских волн, — делится доктор физико-математических наук Алексей Андрианов. — Снижая частоту, мы наблюдали, как изначально симметричные волны превращаются в асимметричные, а при дальнейшей регулировке смогли переключать их состояния и даже возвращать систему к балансу».
«Разработанная нами математическая модель не только объясняет механизм формирования асимметрии, но и позволяет прогнозировать поведение системы при разных параметрах, — добавляет доктор физико-математических наук Елена Анашкина. — Это ключевой момент для проектирования миниатюрных устройств фотоники с программируемыми свойствами».
Исследование демонстрирует, как тонкая настройка оптических систем может приводить к революционным результатам, прокладывая путь к созданию сверхчувствительных приборов и технологиям передачи информации нового поколения.
Источник: scientificrussia.ru
