Международная группа ученых под руководством исследователей из МГУ имени М.В. Ломоносова впервые смогла при помощи нелинейных метаматериалов продемонстрировать эффект полностью оптического переключения между потоками фотонов, рожденных в процессе генерации третьей оптической гармоники. Статья опубликована в журнале Scientific Reports.

Метаматериалы, с которыми работали авторы статьи, имеют структуру, напоминающую рыбацкую сеть, основные «нити» которой состоят из золота и оксида магния, а прямоугольные отверстия заполнены кварцевым стеклом. Это так называемые нелинейные метаматериалы, необычные оптические свойства которых можно использовать, чтобы упростить обработку информации и создать новые устройства, работающие намного быстрее современных.

Нелинейные метаматериалы имеют более высокую чувствительность к фемтосекундным лазерным импульсам по сравнению с линейными, что дает им преимущества в управлении потоками света с помощью этих импульсов.

«В стандартных устройствах полностью оптического переключения один поток фотонов контролирует другой поток, примерно так же, как в электронном транзисторе это происходит с потоками электронов. В нашей предыдущей работе мы облучали двумя лазерными импульсами кремниевую наноструктуру, и пропускание одного импульса менялось в зависимости от того, есть ли второй импульс или нет», — рассказал соавтор исследования Максим Щербаков из МГУ.

Сейчас Максим Щербаков и его коллеги из лаборатории нанооптики метаматериалов МГУ экспериментально продемонстрировали управление потоками фотонов с помощью лазерных импульсов и даже смогли запустить процессы слияния фотонов с помощью внешнего воздействия.

«В оптике есть интересный эффект, который наблюдается, когда три фотона сливаются в один с утроенной энергией. Этот эффект называется «генерация третьей гармоники». В нашей работе мы одновременно пронаблюдали оба эффекта: полностью оптическое переключение и генерацию третьей гармоники. Иным образом, мы контролируем при помощи внешнего оптического импульса процесс «синтеза» фотонов. Это все очень важно для перспективных схем интегральной фотоники, где нужно будет иметь полный контроль над всеми возможными процессами с участием света», — отметил Максим Щербаков.