Направлением движения поверхностных плазмонных волн, которые используются в оптических микрокомпьютерах для передачи информационного сигнала, можно управлять с помощью диэлектрических наночастиц. Используя такой эффект, ученым из Университета ИТМО удалось разработать демультиплексор со спектральным разрешением в 10 нанометров. Работа опубликована в Laser & Photonics Review.
Идея использовать световые импульсы для передачи информации применяется уже довольно давно и эффективно, например, на ней основан принцип работы оптоволоконного кабеля. Но для того, чтобы использовать ее для работы фотонного компьютера, который хочется еще и уместить на микрочип, использовать сами световые импульсы не получается из-за слишком большой длины волны. Чтобы решить эту проблему, ученые предлагают преобразовывать световую волну в поверхностные плазмонные поляритоны — квазичастицы, представляющие из себя резонансные колебания электронов в приповерхностном слое материала, которые возбуждаются внешним электромагнитным полем и распространяются вдоль поверхности материала. Однако использование их уже сейчас осложняется из-за отсутствия методов управления их движением в зависимости от частоты.
В своем новом исследовании группа физиков из Университета ИТМО предложила использовать для управления движением поверхностных волн диэлектрические наночастицы. Фактически каждая такая частица представляет из себя наноантенну, которая может принимать оптический сигнал в видимом диапазоне. Если поместить ее на подложку из золота, то, принимая входящий сигнал, она будет возбуждать в подложке необходимый поверхностный плазмонный поляритон.
Образующаяся квазичастица обладает магнитным откликом, поэтому направлением ее движения оказалось возможно управлять с помощью поляризованного света. Так, если наноантенна принимает p-поляризованный сигнал, в котором плоскость падения совпадает с направлением вектора электрического поля, то в ней возбуждается три независимых дипольных момента: магнитный дипольный момент вдоль одной из осей, и два электрических дипольных момента вдоль двух других осей. Взаимодействие этих дипольных моментов приводит к запуску поверхностного плазмонного поляритона в одном из направлений. При этом направление оказывается зависимым от длины волны принимаемого сигнала.
«Наличие магнитного отклика на оптических частотах у таких частиц — довольно-таки необычное свойство. Определенные применения магнитному отклику уже были, но оказалось, что это свойство можно использовать для направленного запуска поверхностных волн. Такого до нас никто не предлагал», — комментирует Иван Иорш, один из авторов статьи.
Работа таких систем фактически может привести к возможности создания информационных каналов в фотонных компьютерах, в которых, правильно располагая на поверхности чипа диэлектрические антенны, поверхностные волны разных частот можно будет разделять и разводить в разные стороны.
Технологии фотонных компьютеров постоянно совершенствуются: если первый оптоэлектронный процессор разработали еще в 2015 году, то потом для них были разработаны, например, источники закрученного света. А недавно в качестве буфера обмена для оптических сигналов в фотонном компьютере предложили использовать звуковые колебания решетки.
Александр Дубов
