Ученые из Гентского Университета (University of Ghent), Бельгия и Исследовательского Центра Наноэлектроники (IMEC) продемонстрировали силы оптического отталкивания и притяжения, возникающие в зависимости от пространственного распределения пучков излучения.

Фундаментальные результаты бельгийских физиков могут иметь важные последствия в разработке новых систем телекоммуникации и обработки оптических сигналов.

Основные результаты исследований опубликованы (Roels et al. Tunable optical forces between nanophotonic waveguides. Nature Nanotechnology, 2009; DOI: 10.1038/nnano.2009.186)

Импульсы фотонов обычно считают достаточно слабыми. В приближении нашего макромира фотон, столкнувшийся с каким-то объектом, обычно оказывает пренебрежимо малое силовое воздействие на этот объект. Оказывается, эта картина выглядит совсем иначе в том случае, когда объект, находившийся на пути фотона имеет нанометровые размеры. Если пучок излучения ограничен достаточно малыми поперечными размерами, а электромагнитное поле в поперечном сечении пучка имеет большие градиенты, оптическая сила, проявляемая фотонами, существенно возрастает.

Используя современные высокотехнологичные методы изготовления световодов, включая ультрафиолетовую литографию и испарение за критической точкой (critical-point-drying), исследователи изготовили два свободно подвешенных параллельных волновода в кремнии на изолирующей подложке. Ширина каждого волновода составляла 445 нм, а высота 220 нм при длине примерно 25 мкм. Зазор между волноводами составлял 220 нм. Пропуская пучки лазерного излучения через эти волноводы, ученые наблюдали взаимодействие между волноводами. В зависимости от пространственной структуры излучения (и по фазе и по амплитуде) световоды либо отталкивались, либо притягивались друг к другу. Силы отталкивания, которые никогда до сих пор не наблюдались, имеют большое фундаментальное и прикладное значение.

Два параллельных световода (Изображение: IMEC)

Результаты эксперимента могут иметь существенное значение при создании сверх высокоскоростных телекоммуникационных систем, поскольку создают дополнительную возможность для создания микросхем с обработкой сигнала исключительно оптическими методами. Одним из таких примеров, являющимся критическим в телекоммуникационных сетях, может служить маршрутизация сигналов,осуществляемая исключительно оптическими средствами.

Евгений Биргер