В НИТУ «МИСиС» создан метаматериал для сверхэффективных лазеров

Увеличивая скорость передачи информации, человечество столкнулось с рядом совершенно новых проблем. Летящие сквозь вещество на огромной скорости волны инициируют генерацию вторичного излучения, которое мешает линейной передаче сигнала, и рассеивает его. В НИТУ «МИСиС» работают над тем, чтобы лучше понять, усилить, а затем использовать в собственных целях нелинейный отклик системы. Статья о результатах исследования вышла в журнале Scientific Reports

Поиск веществ со свойствами, которые позволяют добиться максимально возможного усиления линейного и нелинейного отклика при минимальном рассеянии — перспективное направление исследований в мировой науке. Нелинейные свойства веществ уже широко применяются и при изготовлении лазеров, и при создании оптоволоконных кабелей, в биосенсорах и интерферометрии. Например, в лазерах использование нелинейного эффекта может привести к тому, что энергия накачки такого лазера при одинаковых параметрах выходящего луча может быть снижена на порядок.

Объем мирового рынка только лазерных источников излучения в 2016 году превысил $10 млрд. А общий мировой рынок фотоники приближается к триллиону долларов. При этом фотоника остается отраслью, где еще возможны прорывные исследования, на основе которых можно создать технологии, кардинально меняющие распределение долей на рынке.

«Междисциплинарная исследовательская группа под руководством профессора Георгиоса Цирониса, созданная в рамках Проекта 5–100, занимается теоретическими проблемами нелинейной оптики и квантовой физики. Успехи ученых, достигнутые в этих направлениях, подтверждаются их высокой публикационной активностью — это уже вторая статья с начала 2017 года, вышедшая в журнале Scientific Reports издательства Nature», — говорит ректор НИТУ «МИСиС» Алевтина Черникова.

Доктор Циронис и его коллега из Критского университета к.ф.-м.н. Оксана Шрамкова рассчитали характеристики вещества, благодаря которым компенсируется рассеяние проходящей через вещество волны, и при этом многократно увеличивается частота отклика.

Как рассказали авторы работы, в качестве модели они взяли метаматериал, состоящий из слоев полупроводника и диэлектрика с толщиной слоев намного меньшей, чем длина волны падающего излучения. Ученые доказали, что присутствие активных (усиливающих) диэлектрических сред в фотонных кристаллах не только компенсирует потери, связанные со столкновениями электронов в полупроводниковом материале, но и увеличивает эффективность генерации нелинейного излучения. Авторам удалось добиться мощного отклика с пятикратно увеличенной частотой при минимальной величине рассеяния.

«Также мы показали, что свойства нелинейной системы меняются в зависимости от угла, под которым падает волна», — говорит доктор Циронис.

Найденное свойство можно использовать не только в лазерной оптике, но и для изготовления датчиков. Поэтому у открытого метаматериала большие перспективы по применению.