Наноразмерные структуры неизбежно являются отчасти несовершенными, из-за чего до сих пор невозможна разработка оптических интегральных схем, способных управлять светом. Тем не менее, такие структуры идеально подходят для ряда абсолютно новых задач.
Команда исследователей из Института Нильса Бора, являющегося подразделением Копенгагенского университета, и Датского технического университета подошла к проблеме несовершенных оптических чипов с другой стороны, используя их для создания нанолазера – управляемого миниатюрного энергосберегающего источника света.
Исследователи работают над созданием как можно более совершенной регулярной структуры дырок для управления светом в определенных оптических схемах
Исследователи создали как можно более совершенную регулярную структуру дырок (которые изначально сами по себе расположены нерегулярно) для управления светом в определенных оптических схемах, вытравливая рисунок на расстоянии 380 нм на чрезвычайно маленьких фотонно-кристаллических мембранах из чистого арсенида галлия (GaAs) (около 25 мкм шириной и около 340 нм толщиной).
«Оказывается, несовершенные оптические чипы чрезвычайно хорошо подходят для улавливания света, – говорит Петер Лодаль, профессор и руководитель исследовательской группы в области квантовой фотоники в Институте Нильса Бора. – Когда свет направляется в несовершенный чип, он сталкивается с большим количеством маленьких нерегулярных дырок, которые отражают свет в случайном направлении».
«Частые отражения приводят к самопроизвольному улавливанию света, который попадает в ловушку. Затем свет усиливается, что приводит к неожиданно хорошим условиям для создания высокоэффективных и миниатюрных лазеров», – добавляет он.
Источник света интегрирован в сам фотонный кристалл, состоящий из слоя искусственных атомов, излучающих свет. Фотоны пропускаются через кристаллические мембраны, а в результате попадания в дырки свет отражается и проходит по каналу в волновод. Несовершенная природа этих дырок заставляет свет двигаться туда и обратно, усиливаясь и превращаясь в лазерный луч в наномасштабе.
«Тот факт, что мы можем управлять светом и преобразовывать его в луч лазера в наномасштабе, может быть использован для создания схем на базе фотонов вместо электронов, таким образом подготавливая почву для оптической квантовой коммуникационной технологии будущего, – говорит Лодаль. – Со встроенными лазерными источниками мы сможем интегрировать оптические компоненты, и это позволит строить сложные функциональные средства».
Задачей исследователей является создание квантового интернета, где кодированная информация будет существовать в отдельных фотонах.