Физики научились управлять светом за 74 фемтосекунды

Международная группа физиков создала инновационную метаповерхность, которая позволяет направлять и изменять форму световых лучей всего за 74 фемтосекунды без каких-либо механических деталей, зеркал или линз. Результаты эксперимента, опубликованные в научном журнале Натуре Нанотечнологй, могут стать важным шагом в развитии оптических систем и вычислительных технологий будущего. Об этом сообщает Иксбт.ком сообщает .

Новое устройство, разработанное исследователями Калифорнийского университета в Беркли и Тель-Авивского университета, способно отклонять свет на угол до ±13 градусов. Управление осуществляется с помощью второго светового импульса, который изменяет оптические свойства материала. Скорость переключения ограничена только длительностью управляющего импульса.

Как сообщает Натуре Нанотечнологй, ключ к этому достижению лежит в оптическом эффекте Керра. Под его воздействием показатель преломления материала изменяется под влиянием мощного света. Обычно эффект Керра очень слаб, однако он обладает субфемтосекундной скоростью отклика: электронная поляризация вещества реагирует практически мгновенно.

Метаповерхность и оптические резонаторы

Чтобы усилить отклик Керра до практического уровня, ученые разработали резонансную метаповерхность с высоким коэффициентом качества. Ее элементарные ячейки состоят из кремниевых структур, меньших длины волны, что многократно усиливает взаимодействие света и вещества.

По словам одного из ведущих авторов исследования, Клаудио Хейла, основная идея заключалась в создании метаповерхности, оптический отклик которой не задается жестко на этапе производства. Изменяя световой узор, можно управлять тем, как устройство направляет и формирует свет, в чрезвычайно короткие промежутки времени.

Перспективы для систем связи и оптических вычислений

Эта технология имеет огромное значение для систем связи, поскольку управление светом с такой скоростью позволяет обрабатывать оптические сигналы напрямую, без промежуточного преобразования в электрический ток. Сегодня в сетях передачи данных свет преобразуется в электрический сигнал, что увеличивает затраты времени и энергии.

Направление светового луча с помощью метаповерхности за десятки фемтосекунд рассматривается как перспективный путь, способный сделать оптическую логику и коммутацию реальной альтернативой электронным технологиям. Авторы подчеркивают, что работа пока находится на фундаментальной стадии и до создания практических устройств еще далеко, однако это открытие открывает путь к полностью оптическим вычислениям и архитектурам квантовых интерфейсов.