Как скрученные фотонные кристаллы изменят оптические технологии?

Скрученные муаровые фотонные кристаллы представляют собой передовой тип оптических метаматериалов, открывающий значительные перспективы для совершенствования оптических систем. Они предлагают способ создания более компактных, функциональных и мощных оптических устройств, являясь разновидностью оптических метаматериалов.
Как скрученные фотонные кристаллы изменят оптические технологии?
Изображение носит иллюстративный характер

Принцип их работы основан на взаимодействии света с уникальной структурой, определяемой способом скручивания и наложения слоев кристалла. Подобно тому, как при наложении двух тканей с узором (полосы или клетки) и их взаимном смещении или скручивании возникают новые, сложные узоры (муаровый эффект), изменение угла скручивания и расстояния между слоями фотонного кристалла позволяет точно настраивать его взаимодействие со светом. Это дает возможность одновременно контролировать и управлять несколькими параметрами света, такими как фаза, поляризация и длина волны, потенциально заменяя одним устройством несколько оптических компонентов, необходимых для одновременных измерений.

Однако до недавнего времени исследователи сталкивались с серьезной проблемой: сложностью интеграции этих кристаллов в устройства с возможностью управления в реальном времени. Неспособность активно контролировать угол скручивания и расстояние между слоями в динамике существенно ограничивала их практическое применение.

Прорыв был достигнут группой исследователей, разработавших интегрированный на чипе сенсор на основе скрученных муаровых фотонных кристаллов с управлением в реальном времени. В устройстве используется технология МЭМС (микро-электромеханические системы), которая позволяет активно изменять зазор (расстояние) и угол между слоями кристалла. Этот сенсор способен одновременно обнаруживать и собирать детальную информацию о поляризации и длине волны света. Разработка велась под руководством Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) в сотрудничестве со Стэнфордским университетом и Калифорнийским университетом в Беркли.

Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале Nature Photonics. Образцы для эксперимента были изготовлены в Центре наноразмерных систем Гарвардского университета.

Эрик Мазур, профессор физики и прикладной физики имени Балкански в SEAS и старший автор статьи, подчеркивает перспективность скрученных муаровых фотонных кристаллов благодаря их высоко настраиваемым оптическим свойствам, возможности точного контроля света, компактному и масштабируемому дизайну, а также широкому потенциалу применения в передовой фотонике.

Хаонинг Танг, постдокторант в SEAS и первый автор исследования, отмечает, что работа демонстрирует мощь этих материалов при точном управлении. Она открывает масштабируемый путь к созданию комплексных устройств плоской оптики, подходящих для универсальных задач манипулирования светом и обработки информации.

Конструктивно слои фотонного кристалла размещены на вертикальных и вращательных актуаторах, подключенных к электроду. Весь прибор имеет размер всего «несколько миллиметров». Важно, что он может быть изготовлен с использованием КМОП-совместимых процессов, что подразумевает возможность массового производства с использованием стандартных процессов нанофабрикации на литейных производствах.

Исследователи продемонстрировали способность устройства выполнять сложную визуализацию путем управления слоями. Используя актуаторы для изменения расстояния и угла поворота слоев, они осуществили одновременную гиперспектральную и гиперполяриметрическую визуализацию. Гиперспектральная визуализация захватывает информацию по всему электромагнитному спектру для каждого пикселя, тогда как гиперполяриметрическая фиксирует подробную информацию о состоянии поляризации света для каждого пикселя. Это первое устройство с активной настройкой, продемонстрировавшее возможность одновременного получения столь детальной информации о множестве свойств света (длина волны и состояние поляризации).

Потенциальные области применения этого устройства весьма разнообразны и включают ситуации, где критически важна детальная информация о свете. Хаонинг Танг упоминает такие сферы, как квантовые вычисления, передача данных, спутниковые технологии и медицинская диагностика (сканирование), а также любые задачи, требующие четких изображений и подробной информации о свете и цвете.

Дальнейшее развитие технологии направлено на создание устройств с еще более сложными возможностями настройки. Целью является разработка актуаторов с большим количеством степеней свободы для расширения функциональности и точности управления светом.


Новое на сайте

20868Уязвимости Plex открыли путь майнерам и Linux-бэкдору 20867Взлом OpenCode Console: под угрозой могли оказаться ключи OpenAI, Anthropic и Google 20866Rank Math PRO: заражённое обновление оставило на сайтах самовосстанавливающийся бэкдор 20865Как исследовательские модели OpenAI обходили ограничения и присваивали чужие данные 20864Атака на BeyondTrust: шпионская группа получила доступ к серверам поддержки 20863Как пакет imgdecode превращает npm-зависимость в загрузчик вредоносного кода? 20862Как PEERSTITCH обходит проверки VPN-сессий FortiOS? 20861Что происходит, когда ИИ-агент выходит за пределы тестовой среды? 20860Как 37-летняя ошибка открыла путь к root в OpenBSD 7.9? 20859ИИ-модели для SOC: точный ответ зависит от улик 20858Как одна учётная запись ConnectWise открыла доступ к 173 арендаторам Microsoft 365? 20857Пять минут до заражения: как подменили обновления AOMEI Backupper 20856Ловушка под видом регистрации: как UAT-11985 крадёт аккаунты Google 20855Может ли виртуальная машина прочитать память хоста? 20854Как дешёвые Android-смартфоны превращаются в чужие прокси?
Ссылка