Под руководством профессора Мин Гу из Университета RMIT в Мельбурне, Австралия, команда разработала интегрированный нанофотонный чип, который может обеспечить беспрецедентный уровень контроля углового момента (AM) света.Новаторская работа открывает новые возможности для использования AM в масштабе чипа для генерации, передачи, обработки и записи информации, а также может быть использована, чтобы помочь ученым лучше понять эволюцию и природу черных дыр.Путешествуя примерно по прямой, луч света также вращается вокруг своей оптической оси.
AM света, который измеряет величину этого динамического вращения, вызвал огромный исследовательский интерес в последние десятилетия.Основное внимание уделяется возможности использования AM для массового расширения доступной пропускной способности оптических волокон за счет использования параллельных световых каналов — подход, известный как «мультиплексирование».Но реализация AM-мультиплексирования в масштабе микросхем остается серьезной проблемой, поскольку в природе нет материала, способного воспринимать искаженный свет.«Создав серию сложных наноапертур и нано-канавок на фотонном чипе, наша команда впервые сделала возможным внутрикристальное управление скрученным светом», — сказал Гу.
«Конструкция устраняет необходимость в какой-либо другой громоздкой оптике на основе помех для обнаружения сигналов AM.«Наше открытие может открыть по-настоящему компактные встроенные в микросхемы AM-приложения, такие как отображение сверхвысокой четкости, оптическая связь сверхвысокой емкости и сверхзащищенное оптическое шифрование.
«Его также можно расширить, чтобы охарактеризовать свойства AM гравитационных волн, чтобы помочь нам получить больше информации о том, как черные дыры взаимодействуют друг с другом во Вселенной».Команда разработала нано-канавки для соединения несущих AM лучей с различными плазмонными AM-полями, при этом наноапертуры впоследствии сортируют и передают различные плазмонные AM-сигналы.Ведущий автор Хаоран Рен, кандидат наук в Технологическом университете Суинберна, сказал: «Если вы отправляете оптический сигнал данных на фотонный чип, очень важно знать, куда идут данные, иначе информация будет потеряна.«Наш специально разработанный нанофотонный чип может точно направлять сигналы данных AM, чтобы они передавались через различные щели нанокольца сортировки мод без потери какой-либо информации».
Помимо закладывания основы для будущей сверхширокополосной индустрии больших данных и обеспечения новой платформы для следующей промышленной революции, исследование предлагает новый точный метод улучшения научных знаний о черных дырах.Гу, заместитель вице-канцлера по исследованиям, инновациям и предпринимательству в RMIT, и директор узла Центра исследований сверхвысокополосных устройств для оптических систем (CUDOS) Австралийского исследовательского совета, сказал, что эта работа дает возможность полного контроля над скрученным светом, в том числе как спиновый угловой момент (SAM), так и орбитальный угловой момент (OAM).
«В связи с тем, что вращающиеся черные дыры могут передавать OAM, связанный с гравитационными волнами, однозначное измерение OAM через небо может привести к более глубокому пониманию эволюции и природы черных дыр во Вселенной», — сказал он.