::: reklama@pbprog.kz
::: editor@pbprog.kz
::: webmaster@pbprog.kz
Разработан первый в мире программируемый нелинейный фотонный волновод, который может переключать оптические функции на одном чипе.
Разработка отменяет давнее правило в оптике, известное как парадигма «одно устройство — одна функция», которая ограничивала возможности проектирования и масштабирования световых технологий.
Устройство, разработанное исследователями из NTT Research, Корнеллского и Стэнфордского университетов, открывает новую главу в области оптических и квантовых вычислений, связи и настраиваемых источников света.
Как правило, фотонные устройства могут выполнять только одну задачу, заданную при производстве. Для каждой новой оптической функции требуется отдельное устройство, что увеличивает стоимость и сложность производства, а также снижает выход годной продукции из-за производственных дефектов.
Новый программируемый нелинейный волновод меняет ситуацию. Его оптические свойства, обусловленные использованием ядра из нитрида кремния, можно динамически изменять, проецируя на чип структурированные световые узоры. Эти паттерны создают программируемые области оптической нелинейности, которые мгновенно определяют, как устройство выполняет ту или иную функцию. При проецировании различных световых паттернов устройство может выполнять ряд нелинейно-оптических задач, и всё это в рамках одной физической структуры.
Используя этот подход, команда продемонстрировала произвольное формирование импульсов, настраиваемую генерацию второй гармоники, голографическую генерацию пространственно-спектрально структурированного света и обратное проектирование нелинейно-оптических функций в режиме реального времени.
«Эти результаты знаменуют собой отход от традиционной парадигмы нелинейной оптики, в которой функции устройств фиксируются на этапе производства», — сказал Рётацу Янагимото, учёный из NTT Research, который руководил исследованием под руководством доцента Корнеллского университета Питера Л. МакМахона. — «Это открытие в корне меняет принцип работы нелинейных фотонных устройств».
«Впервые появилась возможность использовать нелинейную оптику в крупномасштабных оптических схемах, реконфигурируемом квантовом преобразовании частоты, синтезаторах произвольной оптической формы сигнала и широко настраиваемых классических и квантовых источниках света».
Согласно отчёту IDTechEx, к 2035 году годовой доход от рынка фотонных интегральных схем может превысить 50 миллиардов долларов. Этот рынок охватывает передачу данных, телекоммуникации, квантовые технологии, датчики и лидары.
Возможность программировать фотонные устройства после их изготовления может значительно сократить расходы на исследования и разработки, а также на производство, при этом повысив его эффективность. Это также делает оптические системы более компактными и энергоэффективными за счёт сокращения количества необходимых компонентов. Это может привести к преобразованиям в таких областях, как квантовые вычисления, где программируемые квантовые источники света и преобразователи частоты могут повысить эффективность вычислений и сетевых подключений.
Это также может повысить производительность телекоммуникационных систем за счёт использования настраиваемых источников света для 5G и будущих систем 6G.