Ученые МГУ создали чип, который может заменить сложную лазерную установку

Изображение: wikimedia

Российские и швейцарские физики создали чип, генерирующий фемтосекундные (десять в минус пятнадцатой секунды) импульсы света с особым частотным спектром под названием «оптическая гребенка». Микросхема делает то, чего прежде удавалось добиться лишь с помощью больших и сложных лазерных установок.

Команда ученых проделала заключительную работу в серии исследований оптических гребенок — сигналов, чей частотный спектр представляет собой набор равноотстоящих друг от друга линий. Специалисты, исследовавшие шумы в оптических сигналах такого сорта, сначала создали генераторы этих сигналов с «сердцем» в виде диска миллиметрового диаметра. В результате был разработан полноценный чип, статья о котором опубликована в журнале Science. Детали исследования приводит пресс-служба МГУ.

Фемтосекундные гребенки оказались крайне востребованными в самых разных областях — в системах телекоммуникации, в лазерной спектроскопии и в астрофизике. За их разработку Теодор Хэнш из Германии и Джон Холл из США получили в 2005 году Нобелевскую премию. Для создания таких гребенок использовались лазеры с синхронизацией мод — световых лучей с кратными частотами. При этой методике лазер излучает свет не одной частоты, как это принято думать о лазерах, а сразу нескольких. Если эти моды синхронизировать, то в результате интерференции непрерывный луч лазера превратится в последовательность импульсов со спектром «гребенки».

Ранее ученые фактически только показали принципиальную возможность создавать «гребенки» подобным образом, но то, что у них получалось, было далеко от идеала: гребенки получались шумными и нестабильными. В сотрудничестве с группой Киппенберга физики МГУ в начале 2013 года решили первую проблему, доказав, что от шумов можно избавиться, и показали, как это сделать. Оставалось главное — сделать «правильные» гребенки и создать с этим спектром последовательность импульсов с очень короткой, фемтосекундной длительностью. В конце 2013 года они справились и с этой проблемой.
В этом году российско-швейцарская команда закрепила успех и научилась напылять специальные микрорезонаторы для гребенок в чипах.

«Разница, конечно, огромная, — говорит один из соавторов, профессор МГУ Михаил Городецкий. — Если в лазерах с синхронизацией мод для генерации импульсов используются сложные оптические устройства, среды и специальные зеркала, то мы получаем такие же стабильные импульсы в простом пассивном резонаторе, внедренном в микрочип и имеющем размеры не более 100—200 микрон».

Изменилось и качество гребенок: теперь длительность импульсов удалось сократить со 100—200 до 30 фемтосекунд. Последнее достижение ученых не только снижает размеры, сложность и стоимость генераторов гребенок, но также открывает новые горизонты для их использования в режимах, недостижимых другими методами.
Теги:

Читать еще на Чердаке: