Взаимодействие между светом и звуком в наноразмерных волноводах

13 апреля 2015 г., 15:17

Ученые из Гентского университета и Межвузовского центра микроэлектроники (IMEC) объявили, что они продемонстрировали взаимодействие между светом и звуком в наноразмерной области. Их исследование выясняют физику связи света и вещества на этих масштабах и прокладывают путь к улучшению обработки сигналов чипами массового производства на базе кремниевой фотоники.

В последнее десятилетие область кремниевой фотоники получила повышенное внимание как основная движущая сила биосенсоров и более быстрой, чем электроника, связи между компьютерными чипами. Технология основана на микроструктурах, известных как кремниевые фотонные провода, которые приблизительно в сто раз меньше в диаметре, чем типичный человеческий волос. Эти нанопровода несут оптические сигналы от одной точки к другой со скоростью света. Они изготавливаются по той же технологии, что и электронные схемы.

По существу, провода работают только потому, что свет движется медленнее в кремниевой сердцевине, чем в окружающем воздухе и стекле. Таким образом, свет, захваченный внутри проволоки, испытывает полное внутреннее отражение. Просто ограничить свет – это одно, но манипулировать им – это совсем другое. Проблема в том, что один луч света не может легко изменить свойства другого. Это тот случай, когда на сцену выходит взаимодействие света и вещества: это позволяет некоторым фотонам управлять другими фотонами.

Ученые из Photonics Research Group Гентского университета и IMEC сообщили об особом типе взаимодействия света и вещества. Им удалось ограничить не только свет, но и звук в кремниевых нанопроводах. Звук колеблется десять миллиардов раз в секунду: гораздо быстрее, чем человеческие уши могут услышать. Они поняли, что звук не может быть ограничен в проволоке путем полного внутреннего отражения. В отличие от света, звук движется быстрее в сердцевине кремния, чем в окружающем воздухе и стекле. Таким образом, ученые сформировали среду сердцевины так, что любая волна при попытке к бегству отражается обратно. В результате они ограничились и свет, и звук в том же наноразмерном волноводе, что наблюдалось впервые в мире.

Захваченные в этой невероятно небольшой области свет и звук сильно влияют друг на друга: свет генерирует звук и звук сдвигает цвет света, процесс, известный как стимулированное рассеяние Бриллюэна. Ученые использовали это взаимодействия для усиления определенных цветов света. Они ожидают, что это достижение откроет новые способы манипулирования оптической информацией. Например, световые импульсы могут быть преобразованы в звуковые импульсы и обратно в свет, тем самым реализуя столь необходимые линии задержки. Кроме того, исследователи ожидают, что подобные методы могут быть применены к еще более мелким объектам, таким как вирусы и ДНК. У этих объектов уникальные акустические колебания, которые могут быть использованы, чтобы исследовать их глобальную структуру.

Взаимодействие между светом и звуком в наноразмерных волноводах