Коллектив ученых разработал миниатюрное оптическое устройство, позволяющее независимо управлять интенсивностью и фазой света с помощью приложенного напряжения. Это устройство работает с излучением второй гармоники.

Что такое свет второй гармоники?

Свет второй гармоники возникает при взаимодействии фотонов с нелинейной оптической средой. В результате этого процесса формируется излучение с удвоенной частотой по сравнению с исходным светом, при этом часть первоначальных фотонов проходит через среду без изменений. Вторая гармоника играет ключевую роль в областях физики, где свет используется как носитель энергии, поскольку частота излучения становится критически важной. Кроме того, генерация второй гармоники связана с созданием и применением запутанных фотонов.

Особенности нового оптического компонента

Физики создали оптический элемент, управляемый электрическим сигналом, который способен полностью и независимо модулировать фазу и интенсивность света второй гармоники. В отличие от традиционных пассивных оптических компонентов, которые лишь хранят, рассеивают или потребляют энергию, новый элемент является активным и имеет компактные размеры — всего 4,5 на 2 микрометра. Управление осуществляется путем изменения приложенного напряжения, что позволяет точно настраивать как фазу, так и амплитуду излучения. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.

Экспериментальные результаты и возможности настройки

Экспериментальные данные показали, что диапазон яркости устройства можно изменять практически от максимального значения до полного нуля, при этом доступна любая фаза в пределах от 0 до 360 градусов. Исследователи также смогли настраивать нелинейный отклик устройства в диапазоне примерно 0–30 нанометров на вольт, что позволяет регулировать его чувствительность. Таким образом, можно добиться как полной независимости фазы излучения от напряжения, так и значительного влияния напряжения на фазу.

Динамическое управление светом

С помощью новой разработки ученые создали фазовые и амплитудные решетки, обеспечивающие динамическое управление дифракционной картиной выходящего света. Легкое переключение между различными режимами делает устройство универсальным инструментом для управления светом.

Ключевая инновация — наноструктурированная поверхность

Главным достижением стало создание особой поверхности устройства: на ней размещены наноструктуры с квантовыми ямами и металлическими нанополосками, расположенными парами с противоположными фазами.

Значение разработки для квантовой оптики

«Впервые нам удалось преодолеть физические ограничения существующих нелинейных оптических устройств и предложить миниатюрную платформу, обеспечивающую высокоскоростное и высокоточное оптическое управление исключительно с помощью электрических сигналов. Эта технология может стать фундаментальной платформой для активных квантовых оптических систем, таких как источники запутанных фотонов и системы управления квантовой интерференцией», — отметил профессор Чжонвон Ли, руководитель исследования.