Ученые сжали и «остановили» свет

Российский ученый в составе международной группы обобщил опыт прошлых лет по контролируемому изменению скорости и спектра светового сигнала. Их работа была опубликована в Nature Photonics и поможет в создании полностью оптических роутеров для скоростной передачи данных

Проблема того, как переключить световой сигнал на другой частотный канал или остановить его на время без перевода в электронный формат, давно занимает исследователей. Ранее ученые показали, что попадая в резонатор световой сигнал может изменить частоту — свой цвет. Эффект получил название «прямого перехода». Если же оптический сигнал проходит через границу двух сред, он изменяет длину волны. Когда граница между двумя средами движется, то при прохождении света может изменяться как длина волны, так и ее частота. В этом случае свет совершает непрямой переход.

«В обычных средах скорость распространения энергии света не зависит от частоты. В оптических волноводах и специальных средах ситуация может быть гораздо сложнее — с частотой меняется и скорость распространения. Представьте, что сигнал должен отразиться от границы, но из-за изменения частоты и, соответственно, скорости свет не может удалиться от нее», — поясняет соавтор исследования, профессор Александр Петров.

Руководитель лаборатории современных фотонных материалов и технологий Университета ИТМО совместно с коллегами из Технического Университета Гамбурга, Университета Минуфии, Центра Гельмгольца в Гистахте и Университета Йокогамы задался целью обобщить опыт предыдущих поколений и показать, как небольшое изменение показателя преломления можно использовать для эффективного управления светом в том числе для его сжатия и остановки. Используя этот эффект, можно даже при определенных условиях поймать и сжать световой сигнал.

«Свет в данном случае подобен серферу на волне. Серфер направляет свою скорость так, чтобы не потерять волну, и, непрерывно скатываясь со склона, использует полученную энергию для компенсации силы трения о воду. В случае света правильно выбранное дисперсионное соотношение тоже позволяет свету как бы поймать волну и, находясь на склоне фронта, получать энергию. Так как трение света отсутствует, дополнительная энергия используется для увеличения частоты», — отмечает Петров.

Применений у данных эффектов, утверждают ученые, множество. В первую очередь — увеличение скорости передачи данных. Это станет возможным благодаря созданию полностью оптического роутера, который работал бы по данному принципу.