Post #61

Цвет и нанофотоника Одной из проблем в разработке фотонных интегральных схем, которые используют свет (фотоны), а не электроны для передачи информации, является управление импульсом света. Фотоны с различной длиной волны и, соответственно, имеющие разные цвета распространяются с разной скоростью через материал, но для того, чтобы свет преобразовывался между цветами, он должен иметь одинаковый импульс или фазу. Было разработано множество устройств для согласования импульса или фазы света в различных точках интегральной схемы. Очень перспективными для этих целей оказались метаповерхности - структуры, представляющие собой двумерный упорядоченный массив из элементов субволновых размеров, которые, взаимодействуя с электромагнитным полем падающей волны, способны управлять амплитудой, фазой и поляризацией прошедшей и отраженной волн, осуществляя таким образом полный контроль над волновым фронтом (Russian Chemical Reviews, 2022💻). В качестве материала метаповерхностей часто предлагают использовать полностью диэлектрические элементы, что обусловлено отсутствием в них омических потерь, которые особенно значительны на оптических частотах. Например, в работе (Nature Communications, 2017📕) описан преобразователь, основанный на метаповерхности, состоящей из массива кремниевых наноструктур, интегрированных в волновод из ниобата лития. Исследователи продемонстрировали, что они могут удвоить частоту длины волны, преобразуя цвета ближнего инфракрасного диапазона в красный с высокой эффективностью в широкой полосе пропускания. Эффективная генерация второй гармоники в устройствах на основе метаповерхностей наблюдается в широком диапазоне длин волн накачки (λ = 1580–1650 нм). Помимо метаповерхностей, для генерации высоких гармоник можно применять тонкопленочные полупроводниковые структуры, в которых генерация обусловлена электронной природой используемого материала. Сотрудники Центра Цвета🏛 совместно с коллегами из ряда других организаций показали (Nanophotonics, 2024📕), что метаповерхности на основе фазопеременного материала GST225 могут генерировать нечетные гармоники высоких порядков при накачке фемтосекундным лазером с длиной волны 3.8 мкм. Фактически можно наблюдать преобразование ИК-излучения в видимый свет. Поскольку данный материал может обратимо переключаться между аморфной и кристаллической фазами при термическом или световом воздействии, то оптическое переключение фаз позволяет осуществлять динамический контроль гармонического излучения.