Полимерные композиты помогут развитию фотонных устройств
 Первый шаг к оптическим устройствам - ВОЛС. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Уже сегодня ясно, что невозможно наращивать частоту (и, стало быть, скорость) передачи информации в «традиционной» электронике бесконечно. Однако, значительный шаг вперед, как ожидается, может быть сделан благодаря использованию оптических сигналов и устройств.
На сегодняшний день оптика уже широко применяется при передаче информации, например, при строительстве волоконно-оптических сетей, но это лишь первый шаг на пути к истинно-оптическим технологиям – интегрированным фотонным устройства. Среди ключевых особенностей таких устройств – крайне малые размеры (порядка нескольких нанометров), мало время отклика устройства и чрезвычайно низкое энергопотребление.
Материалы, используемые для создания интегрированных фотонных устройств, должны отвечать множеству требований, в частности, проявлять одновременно нелинейные оптические свойства и ультракороткое время отклика. Спектр применений, которые могут быть разработаны для того или иного оптического компонента, в значительной степени зависят от той нелинейности, которую они проявляют, а также от коэффициента преломления света в данном веществе. Увы, но в привычных нелинейных оптических веществах коэффициент преломления относительно невелик, что ограничивает спектр исследований.
Недавно был предложен целый ряд новых подходов к решению данной проблемы. Один из методов состоит в использовании специальных композитных материалов, обладающих локальный «нелинейностью». Такие материалы открывают широчайшие возможности для создания элементов с нужными свойствами. Второй подход подразумевает использование фотонных микрорезонаторов. Еще один вариант – создание веществ с большими коэффициентами преломления. Этот способ, однако, имеет один существенный недостаток: чем выше коэффициент преломления в веществе – тем больше время отклика итогового устройства.
Группа ученых из Китая предложила собственный путь. Они разработали вариант создания нелинейных оптических веществ, отвечающих обоим требованиям (т.е. проявляющих нелинейные оптические свойства и обладающих ультракоротким временем отклика), пригодных для самых разнообразных практических применений. Идея исследовательской группы заключается в использовании оптической нелинейности, связанной с различными вариантами передачи энергии в сложных полимерных материалах.
Материал, который предложили исследователи, состоит из металлических наночастиц, рассредоточенных в полимерной матрице. Вещества подобраны таким образом, что диапазоны оптических частот линейного поглощения для полимера и металлических наночастиц перекрываются. За счет этого при возбуждении полученного композитного материала с помощью лазера на частотах из этого «общего» диапазона образец показывает весьма большой коэффициент преломления. При этом малое время отклика устройства обеспечено за счет резонансной передачи энергии между металлическими наночастицами и полимером.
Безусловно, предложенный материал имеет большие перспективы на практике. Дальнейшая работа группы будет сосредоточена на уменьшении времени отклика их фотонных устройств до фемтосекундного уровня.
Также по теме:
Источники: