Результаты опубликованы в научном журнале Nature Nanotechnology.
Исследователи работают с чрезвычайно маленькими фотонно-кристаллическими мембранами — ширина мембраны составляет 25 микрометров (1 микрометр составляет одну тысячную миллиметра), а толщина составляет 340 нанометров (1 нанометр составляет одну тысячную микрометра).
Кристаллы изготовлены из полупроводникового материала арсенида галлия (GaAs). Узор из отверстий вытравлен в материале на стандартном расстоянии 380 нанометров. Отверстия выполняют функцию встроенных зеркал, отражающих свет, и, таким образом, могут использоваться для управления распространением света в оптическом чипе. Поэтому исследователи попытались добиться как можно более совершенной регулярной структуры отверстий для управления светом в определенной оптической цепи.
Неизбежный беспорядок эксплуатируется
Но на практике невозможно избежать мелких неровностей при изготовлении оптических чипов, и это может быть большой проблемой, так как это может привести к потере света и, следовательно, к снижению функциональности.
Исследователи из Института Нильса Бора превратили проблему несовершенства в преимущество.
"Оказывается, несовершенные оптические чипы очень хорошо подходят для захвата света.
Когда свет попадает в несовершенный чип, он попадает во множество мелких отверстий неправильной формы, которые отражают свет в случайных направлениях. Из-за частых отражений свет самопроизвольно захватывается наноструктурой и не может уйти.
Это позволяет усилить свет, что создает удивительно хорошие условия для создания высокоэффективных и компактных лазеров », — объясняет Питер Лодаль, профессор и руководитель группы исследований квантовой фотоники в Институте Нильса Бора при Университете Копенгагена.
Экспериментируйте со встроенным светом
Исследователи квантовой фотоники из Института Нильса Бора во главе с профессором Питером Лодалом и доцентом Сореном Стоббе разработали фотонный кристалл и провели экспериментальные исследования в лабораториях исследовательской группы.
Источник света интегрирован в сам фотонный кристалл и состоит из слоя искусственных атомов, излучающих свет (основной компонент света — фотоны). Фотоны проходят через кристалл, прозрачный, как стекло, с узором из крошечных отверстий.
Когда фотон попадает в отверстие, он отражается и направляется в так называемый волновод, который представляет собой «фотонный трек», который можно использовать для направления фотонов через фотонный кристалл. Однако из-за несовершенных отверстий свет будет метаться вперед и назад в волноводе фотонного кристалла, усиливая его и превращая в лазерный свет.
В результате получается лазерный свет нанометрового масштаба, и исследователи видят в этом большой потенциал.
Мечта о квантовом Интернете
«Тот факт, что мы можем управлять светом и производить лазерный свет в нанометровом масштабе, можно использовать для создания схем, основанных на фотонах, а не на электронах, тем самым открывая путь для технологии оптической квантовой связи в будущем.
Благодаря встроенным лазерным источникам мы сможем интегрировать оптические компоненты, что позволит создавать сложные функциональные возможности. Наша главная мечта — построить «квантовый Интернет», в котором информация закодирована в отдельных фотонах », — объясняют Питер Лодал и Сорен Стоббе, которые в восторге от результатов, которые показывают, что неизбежный беспорядок в оптическом чипе не является ограничением и можно эксплуатировать даже при правильных условиях.