Ученые из Красноярска впервые экспериментально подтвердили и дали теоретическое обоснование уникальному явлению: фотоннокристаллический микрорезонатор, обычно отражающий свет, можно сделать абсолютно прозрачным, воздействуя на него электрическим напряжением. Это открытие прокладывает путь к созданию новых энергоэффективных устройств фотоники для телекоммуникаций, дисплеев и сенсорики. Результаты опубликованы в ведущих научных изданиях.
Свет как основа технологий будущего
Современные технологии активно замещают электрические сигнаты световыми в коммуникациях, вычислениях и системах обнаружения. Этот прогресс требует компактных и эффективных инструментов для управления световыми потоками. Ключевой вызов – создание доступных элементов, устраняющих недостатки текущих дорогих, сложных и энергозатратных решений, сдерживающих развитие инноваций.
Чудо «индуцированной прозрачности»
Физики Красноярского научного центра СО РАН совершили прорыв, открыв эффект «индуцированной напряжением прозрачности» в микрорезонаторе. Они продемонстрировали, как устройство, традиционно «запирающее» свет, кардинально изменяет свойства под действием электрического поля, становясь практически невидимым для световой волны. Проще говоря, исследователи нашли способ мгновенно превращать непрозрачное оптическое зеркало в прозрачное окно. Это открывает огромные перспективы для разработки компактных и экономичных фотонных компонентов.
Как «ловушка» отпускает свет?
Микрорезонатор представляет собой оптический «сэндвич»: два многослойных зеркала (одномерных фотонных кристалла) окружают тонкий слой жидкого кристалла. В обычном состоянии он отражает свет благодаря зеркалам. При определенном угле падения устройство отражает одну поляризацию колебаний света (перпендикулярную плоскости падения) и пропускает другую (параллельную), действуя как «ловушка» для световых волн конкретной длины.
Электричество меняет всё
Исследователи обнаружили парадоксальный эффект: приложение напряжения к слою жидкого кристалла заставляет его молекулы изменить ориентацию. Это приводит к полному исчезновению резонансов в спектрах, и микрорезонатор становится абсолютно прозрачным – свет проходит через него беспрепятственно, как через обычное стекло.
Теория скрытой невидимости
Для объяснения явления ученые разработали теоретическую модель. Они выяснили, что прозрачность возникает из-за уникальной пары резонансов внутри устройства. Один резонанс излучает свет в одном направлении, но возбуждается с двух сторон. Другой возбуждается только с одной стороны, но излучает в обе. Второй резонанс невозможно возбудить напрямую, а излучение первого взаимно уничтожается с остальным светом, подавляя любое отражение. Создается полная иллюзия отсутствия резонатора, открывая принципиально новый метод управления светом.
Перспективы светлого будущего
«Это ключевой шаг в управлении светом! Наши результаты найдут применение во многих направлениях, – с энтузиазмом сообщает Павел Панкин, к.ф.-м.н., старший научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН. – В сенсорике эффект позволит детектировать мельчайшие примеси или температурные сдвиги. Быстрое электрическое переключение прозрачности и резонансов – идеально для компонентов оптической связи. Управление параметрами резонатора критично для настраиваемых лазеров и световых модуляторов. Динамическое изменение прозрачности и цвета революционно для дисплеев и „умных“ стекол нового поколения. Крайне важно, что технология основана на хорошо освоенном производстве жидкокристаллических элементов и доступна для внедрения».
Исследование поддержано Российским научным фондом (проект № 24-12-20007).
Информация и фото предоставлены Федеральным исследовательским центром «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук».
Источник: scientificrussia.ru
