Физики из Университета Буффало разработали компактные лазерные источники закрученного света, сравнимые по размеру с компьютерными чипами. Устройство может найти применение в технологии оптических компьютеров. К примеру, в закрученном свете можно передавать в десять и более раз больше информации, чем в обычных оптических сигналах. Исследование опубликовано в журнале Science, кратко о нем сообщает пресс-релиз университета.

Закрученный свет — один из видов структурированного света. Термин «закрученный» относится к форме волнового фронта фотонов. Если у обычных источников он плоский или сферический (например, у лампочки), то попытавшись отследить как меняется фаза фотона в разных областях сечения пучка окажется, что она повторяет форму винта-геликоида. У такого потока света возникает дополнительная характеристика — вращательный момент импульса. В том, насколько сильно закручен свет — насколько велик вращательный момент — может быть закодирована дополнительная информация.

Закрученный свет и лазер в представлении художника. University at Buffalo

Отличить закрученный свет от обычного можно с помощью необычного эксперимента. Если посветить таким светом на неподвижную левитирующую (захваченную в оптическую ловушку) микрочастицу, то она начнет вращаться. При столкновении с ней фотоны будут предавать ей часть своего вращательного момента импульса. Более того — переключив закрученность с правой на левую можно заставить вращаться частицу в противоположном направлении. Свет с плоским волновым фронтом не может обеспечить такого эффекта вне зависимости от его поляризации. Подробнее о закрученном свете можно прочитать здесь.

Микрофотография лазера. Pei Miao et al. / Science, 2016

В новой работе ученые создали миниатюрное (9 микрометров) устройство, способное испускать закрученный свет инфракрасного диапазона — 1472 нанометра. В его основе лежит кольцо-резонатор из полупроводникового материала, работающее по принципу шепчущей галереи. На равных расстояниях в кольце располагаются включения из германия и гетероструктур из германия и хрома. Благодаря такому строению внутри кольца могут возникать фотоны с определенной закрученностью.

Авторы отмечают, что разработанный лазер — фундаментально новое устройство, совместимое с технологией CMOS. Ученые надеются, что оно найдет применение в оптоэлектронных устройствах нового поколения. Кроме того, закрученный свет может использоваться как в классическом, так и в квантовом режимах передачи информации.

Автор: Владимир Королёв