Большее количество цветов позволяет расширить канал передачи информации
Радуга состоит из нескольких цветов, и каждому цвету соответствует своя частота. Чем больше частот в нашем распоряжении, тем шире канал для передачи информации.
Возможность единовременно использовать в микросхеме свет только одной частоты ограничивает технологии, основанные на регистрации изменений в рассеянном цвете, таких как обнаружение вирусов в крови, или обработка аэрофотоснимков при мониторинге полей или лесов.
Подпись к изображению: Сверхтратонкие нанорезонаторы с встроенными серебряными пластинками улучшили генерацию света в широком цветовом диапазоне, что требуется как сегодняшней электронике, так и будущей фотонике
Возможность работать одновременно с несколькими цветами означала бы одновременное использование нескольких каналов информации. Это расширило бы частотный диапазон не только сегодняшней электроники, но и наступающей «нанофотоники», основаной на фотонах — быстрых и безмассовых, в отличие от электронов, частицах света, в которой информация обрабатывается наноразмерными оптическими устройствами.
Компании IBM и Intel уже разработали чипы для суперкомпьютеров, в которых объединены свет в широком частотном диапазоне и традиционные, работающие с электронами структуры.
Пока исследователи создают решения, призванные заменить электронику фотоникой, группа под руководством Университета Пэдью упростила производственный процесс, позволяющий использовать на электронном чипе одновременно свет разных частот, а не только одного цвета.
Также учёные обратили внимание на важный вопрос, возникающий при переходе от электронике к нанофотонике: лазеры, генерирующие свет, должны стать меньше, чтобы поместиться на чип.
«Лазер — это типичное монохромное устройство, и создание полихромного лазера является сложной задачей, — рассказывает Александр Килдишев, доцент Университета Пэдью. — Ещё более сложная задача — заставить ряд нанолазеров на чипе одновременно излучать несколько цветов».
Для этого требуется уменьшить оптический резонатор, основную часть лазера. Впервые исследователи из университетов Пэдью, Стэнфорда и Мэриленда встроили так называемые серебряные «метаповерхности» — искусственные материалы тоньше длины световой волны — в нанорезонаторы, создав сверхтонкие лазеры.
«Оптические резонаторы захватывают свет между двумя зеркалами. Число фотонов, отражаемых между зеркалами, растёт, и образуется лазерный луч, — объясняет Килдишев. — Наши нанорезонаторы делают размещённые на чипе лазеры сверхтонкими и многоцветными».
Сейчас для каждого цвета требуется своя толщина оптического резонатора. Встраивая серебряную метаповерхность в нанорезонатор, исследователи сумели получить разные цвета при одной и той же толщине резонатора.
«Вместо того, чтобы подбирать толщину оптического резонатора для каждого цвета, мы изменяли ширину элементов метаповерхности».
Оптические метаповерхности также способны дополнить или полностью заменить традиционные линзы в электронных устройствах.
«Толщину сотового телефона в действительности определяет набор линз. Если мы сумеем использовать тонкую оптическую метаповерхность для фокусирования света и получения изображений, тогда эти линзы станут не нужны».