Уникальную технологию плазмонной терагерцевой связи разрабатывают специалисты Самарского университета совместно с другими российскими учеными. По их словам, проводимые исследования позволят создать многоканальную линию связи, в которой на одной частоте распространяется сразу несколько сигналов с околосветовой скоростью. Результаты опубликованы в журнале Journal of Optics.
Плазмон-поляритоны — это взаимосвязанные колебания электронов металла и электрического поля вблизи границы проводника и диэлектрика. Поляритоны могут одновременно вести себя и как частица, и как волна. Они могут распространяться вдоль поверхности цилиндрического проводника, например, провода, и способны вращаться с разной скоростью в разных направлениях.
Команда ученых Самарского университета, ИЯФ СО РАН и Новосибирского государственного университета экспериментально доказала, что вращающиеся на металлическом проводе поверхностные плазмон-поляритоны сохраняют индивидуальные орбитальные угловые моменты при движении вдоль проводника.
По словам исследователей, это свойство можно использовать для одновременной передачи сигналов по разным каналам, что позволит увеличить информационную емкость новых телекоммуникационных систем.
"Мы предложили формировать закрученные плазмон-поляритоны, направляя на торец металлического цилиндра закрученные пучки излучения терагерцового лазера. Исследования именно в терагерцовом диапазоне особенно актуальны из-за широких перспектив развития в нем высокоскоростных телекоммуникаций", — рассказал заведующий кафедрой наноинженерии Самарского университета Владимир Павельев.
Плазмон-поляритоны изучаются и используются в различных сферах достаточно давно, однако вращающиеся плазмон-поляритоны терагерцового диапазона до сих пор никто не получал и не исследовал, отметили ученые.
"Телевизионные сигналы, например, передаются электромагнитными волнами в свободном пространстве на разных частотах: у каждого телевизионного канала своя частота, которую излучает и принимает широкополосная антенна. Благодаря свойствам вращающихся плазмон-поляритонов несколько сигналов можно будет передавать вдоль проводника на одной частоте", — объяснил Павельев.
Кремниевые элементы для формирования закрученных пучков излучения терагерцового лазера были изготовлены в Самарском университете, а экспериментальные исследования проводились на уникальной научной установке — Новосибирском лазере на свободных электронах в Институте ядерной физики имени Г. И. Будкера СО РАН.
"У этой работы есть как прикладные, так и фундаментальные аспекты. Поверхностные плазмон-поляритоны распространяются со скоростью, близкой к скорости света. Они играют важную роль в различных взаимодействиях электромагнитного излучения с поверхностью", — сообщил Павельев.
Зависимость характеристик от свойств проводника и поверхности позволяет использовать плазмон-поляритоны также для развития методов диагностики материалов и создания биологических и оптических сенсоров, отметили специалисты.
Ученые объяснили, что использование плазмонных устройств в терагерцовом диапазоне может быть интересно биологам для анализа органических веществ, так как именно в этом диапазоне происходят многочисленные собственные колебания таких макромолекул, как протеины или ДНК.
Дальнейшая задача научного коллектива — проектирование и реализация элементов телекоммуникационных систем и биологических сенсоров на основе нового эффекта.
Создание и исследование кремниевых элементов для формирования мощных закрученных лазерных пучков терагерцового диапазона проводились в Самарском университете при поддержке гранта Российского научного фонда 19-72-20202.
Самарский университет имени Королева — участник программы Минобрнауки "Приоритет-2030".
