Коллектив ученых разработал миниатюрное оптическое устройство, которое позволяет независимо управлять интенсивностью и фазой света приложением напряжения. Оно работает с излучением второй гармоники.
Свет второй гармоники — излучение, получившееся при взаимодействии фотонов с нелинейной оптической средой. При генерации такого излучения ученые получают свет удвоенной частоты, а немного первичных фотонов проходят через препятствие без изменений. Вторая гармоника важна в тех областях физики, где свет используют как носитель энергии, — тогда частота становится критически важна. Возможности генерации второй гармоники также связаны с созданием и использованием запутанных фотонов.
Физики создали управляемый электрическим сигналом оптический компонент, способный осуществлять полную независимую модуляцию фазы и интенсивности света второй гармоники.
Обычно такие оптические компоненты пассивны — хранят, рассеивают или потребляют энергию. Новый элемент активен при своем небольшом размере в 4,5 на два микрометра. Контроль работы осуществляется приложением напряжения. Регулируя этот параметр, исследователи смогли точно выбирать как фазу, так и амплитуду излучения. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
Экспериментальные данные об устройстве многообещающие: диапазон яркости устройства можно изменять практически от максимально возможного значения до полного нуля при доступности любой фазы от нуля до 360 градусов. Исследователи также смогли настроить нелинейный отклик в диапазоне приблизительно 0-30 нанометров на вольт, а значит, можно регулировать чувствительность устройства. Они могут сделать так, что напряжение вовсе не будет менять фазу излучения или будет влиять на нее значительно.
Научная группа рассказала о созданных с помощью свежей разработки фазовых и амплитудных решетках, обеспечивающих динамическое управление дифракционной картиной выхода света. Легкое переключение от одного типа к другому делает из нового устройства универсальный метод управления светом.
Самым важным в разработке стала конструкция поверхности устройства. Ученые создали на ней наноструктуры с квантовыми ямами и металлическими нанополостями, расположенные парами с противоположными фазами.
«Впервые нам удалось преодолеть физические ограничения существующих нелинейных оптических устройств, предложить миниатюрную платформу, которая обеспечивает высокоскоростное и высокоточное оптическое управление исключительно с помощью электрических сигналов. Эта технология может стать фундаментальной платформой для активных квантовых оптических систем, таких как источники запутанных фотонов и системы управления квантовой интерференцией», — подытожил профессор Чжонвон Ли (Jongwon Lee), руководивший исследованием.