Физики из университета ИТМО, МФТИ и Техасского университета в Остине (США) предложили необычный принципиально новый тип наноантенны. Она способна рассеивать свет в желаемом направлении, причем это направление меняется в зависимости от интенсивности и длины волны падающего на антенну излучения. Новое устройство способно решить задачу необычайно гибкой и быстрой обработки оптической информации в телекоммуникационных системах. Соответствующая статья опубликовала в Laser & Photonics Reviews.

Сегодня одним из наиболее перспективных направлений развития электроники являются оптоэлектронные устройства и компьютеры. В этих устройствах переносчиком информации служат не электроны, а фотоны. Поскольку последние по определению двигаются со скоростью света, они намного быстрее электронов. Это в теории позволяет увеличить скорость передачи и обработки информации, причем во много раз.

Но здесь есть одна проблема: фотоны не обладают массой и электрическим зарядом, поэтому ими очень трудно управлять с помощью переменного электрического поля и иных хорошо отработанных в электронике методов. Есть способы управлять их потоком с помощью наноантенн. Однако параметры наноантенны невозможно изменять «на ходу». Поэтому такие устройства всегда узкоспециализированны, что на практике неудобно.

Чтобы решать задачи управления гибкого управления фотонами, ученые предложили наноантенны на основе кремниевых наночастиц. Физически она выполнена как димер — две кремниевые наносферы различных диаметров. Диаметры обеих сфер специально подобраны так, чтобы на рабочей длине волны лазера одна из них была резонансной. Поэтому первая наносфера взаимодействовала с его излучением намного сильнее второй. Другая же частица в паре — нерезонансная, поэтому взаимодействие лазерного луча с ней намного слабее. Из-за этого оптические свойства первой частицы при обстреле менялись, а второй — нет.

При облучении слабым лазерным пучком рассеяние его фотонов происходит вбок, и направление излучения практически не меняется за время действия импульса. Если же облучать наноантенны более мощными импульсами, в ней происходит интенсивная генерация электронной плазмы, что приводит к изменению оптических свойств частиц наноантенны. После начала наработки электронной плазмы направление переизлучения поворачивается на 20 градусов. При правильном выборе размеров двух частиц, а также длительности и интенсивности падающего пучка, частицы разных размеров по отражающей способности становятся практически одинаковыми. Тогда антенна переизлучает свет прямо вперед. Меняя рабочую длину волны лазера, можно изменить и направление, в котором антенна переизлучает свет.

Как отмечают ученые, существовавшие до этого оптические наноантенны позволяют управлять светом в достаточно широких пределах. Однако это «умение» обычно «зашито» в геометрии этих антенн, и простое изменение таких характеристик невозможно. В то же время свойствами новой наноантенны можно управлять динамически. Воздействуя на нее лазерными импульсами разной силы и длины волны, можно крайне быстро изменить с её помощью поведение управляемых оптоэлектронной схемой фотонов.

Новая наноантенна будет использована для интеграции в микросхему 200х200х500 нанометров. То есть она будет в разы меньше длины волны фотона, которая призвана обрабатывать. Вновь созданный элемент позволит менять направление распространения световых импульсов со скоростью в сотни раз большей, по сравнению с электронными аналогами, считают его создатели. Быстродействие предложенной авторами антенны достигает 250 гигабит в секунду. Ныне существующая электроника обрабатывает такой сигнал со скоростями всего лишь в несколько гигабит в секунду для одного элемента.

VPK-News.ru