Ученые и инженеры из Стэнфордского университета спроектировали и изготовили опытные образцы кремниевых наноустройств, которые, подобно призме, могут расщепить луч падающего на них света на составные части и преломить этот свет под прямым углом.
Но самым интересным является тот факт, что это крошечное оптическое устройство было рассчитано полностью на компьютере с использованием специализированного алгоритма, который, в свою очередь, может быть использован для расчетов массы подобных устройств, способных по-разному манипулировать со светом.
Тaкиe oптичeскиe нaнoустрoйствa смoгут стaть бaзoвыми элeмeнтaми нaнoфoтoнныx микрoпрoцeссoрoв для кoмпьютeрoв слeдующиx пoкoлeний, спoсoбныx oбрaбaтывaть дaнныe быстрeй и эффeктивнeй их современных электронных аналогов.
Спроектированное устройство представляет собой кремниевую пластину с нанесенным на ее плоскость образом, напоминающим всем известный штрих-код. Когда на устройство падает луч света, он расщепляется на 2 луча с различными длинами волн, отклоненными от направления исходного луча под прямыми углами. Все это происходит подобно тому, как работает призма, только с одной разницей, форма нового устройства весьма далека от формы классической призмы.
Структура оптического устройства, спроектированная при помощи программного алгоритма, представляет собой чередование полос кремния с воздушными промежутками. В этом устройстве используется эффект, который возникает при прохождении светом границы между двумя средами с различным значением коэффициента преломления.
В этом случае некоторая часть света отражается назад, а некоторая часть проходит дальше, претерпевая небольшие изменения. Более того, отраженный свет взаимодействует с проходящим светом весьма сложным образом, что приводит к появлению у устройства в целом весьма специфических и уникальных оптических свойств.
На выходе из устройства-расщепителя получаются два луча света, длины волн которого равны 1550 и 1300 нанометров соответственно. Свет таких длин волн широко используется в технологиях оптоволоконных коммуникаций, что делает наноустройства, наподобие расщепителя, совместимыми с фотоэлектрическими приборами, используемыми в коммуникационном оборудовании.
«Много лет исследователи, работающие в области нанофотоники, разрабатывали элементы, имеющие простые формы и структуру» — рассказывает профессор электротехники Елена Вуцкович (Jelena Vuckovic), возглавлявшая исследования,
— «Наша программа позволила нам произвести нанофотонные простейшие элементы такой формы и строения, до которых не смог бы дойти ни один из ученых, даже имеющий обширные знания, опыт в этом деле и разбирающийся даже в самых малых тонкостях всех происходящих процессов».
При помощи своего алгоритма ученые рассчитали структуру одного нанофотонного оптического элемента, строение которого весьма напоминает сыр, пронятый массой сопрягающихся друг с другом полостей. Это устройство, в теории, должно маршрутизировать луч света, направляя его по определенным траекториям в зависимости от состояния нескольких других «управляющих» лучей света, входящих в это устройство в заданных местах.
Но, к сожалению, имеющиеся сейчас в распоряжении ученых установки отнюдь не позволяют изготовить с требующейся точностью подобный элемент и проверить его работу на практике. «Свет может нести гораздо больше данных, чем электрический ток, распространяющийся по проводникам.
Но когда такие технологии станут доступны, мы будем готовы встретить этот момент во всеоружии и сразу приступить к разработке и созданию сравнительно простых нанофотонных коммуникационных устройств и более сложных процессоров, которые будут предназначаться для компьютеров будущих поколений».
