Так художник представил себе луч лазера, закрученный в спираль

Фэн и его коллеги утверждают, что им удалось решить одну из важнейших проблем современной IT-индустрии – закрутить свет в спираль, что необходимо для уплотнения передаваемой информации внутри оптоволокна. Спиральный лазерный луч, по словам ученых, позволяет передавать в четыре раза больше информации, чем обычный поляризованный свет, при затрате той же энергии.

Физики из Баффало создали миниатюрную лазерную версию оптической воронки — устройства, способного превращать обычный неполяризованный луч света или лазера в закрученную в спираль структуру. Подобные приборы ученые создавали и раньше, однако они были представляли собой сложные и громоздкие устройства, которые невозможно уменьшить до размеров микросхемы.

 

Команда Фэна решила эту проблему при помощи особых колец-резонаторов, основанных на эффекте шепчущих галерей, секрет которых известен человечеству еще со времен Средневековья. Этот феномен возникает в эллиптических или круглых помещениях — звук в таких постройках распространяется особым образом, благодаря чему даже тихий шепот можно легко услышать у стены в противоположном конце здания.

Впервые этот эффект для создания закрученного излучения использовала другая группа физиков в 2012 году, однако они применяли подобные резонаторы для генерации оптических воронок из обычного света, а не лазерного излучения.

Как недавно выяснили ученые, шепчущие галереи способны генерировать закрученное электромагнитное излучение, однако его нужно извлечь и заставить двигаться по спирали. Фэн и его коллеги обнаружили, что этот трюк можно осуществить, используя набор зубцов из сплава индия, галлия, мышьяка и фосфора со строго отмеренной толщиной и длиной, приклеенных к кольцу резонатора.

Для того чтобы свет двигался только в одну сторону, сами зубцы покрыли смесью из хрома и германия, а промежутки между ними – чистым германием. Весь процесс происходит автоматически – достаточно направить луч лазера внутрь этого кольца, и на выходе из него будет идти спиральный свет.

 

По словам исследователей, подобная структура генератора оптической воронки легко поддается миниатюризации и может быть уменьшена до нескольких микрометров. Такие размеры колец-резонаторов сопоставимы с габаритами транзисторов в современной микроэлектронике, что позволяет интегрировать их в кремниевые микрочипы. Помимо ускорения интернета, такие лазеры можно использовать для создания микроскопов высокого разрешения и для передачи данных в квантовых компьютерах будущего.