Новый оптический микрорезонатор, добротностью которого можно управлять с помощью внешнего напряжения, разработали и экспериментально реализовали специалисты ФИЦ «Красноярский научный центр (КНЦ) СО РАН» совместно с коллегами из Сибирского федерального университета, сообщает 4 мая пресс-служба КНЦ СО РАН.

Настраиваемая добротность позволяет значительно повысить эффективность микрорезонатора и дает возможность создания на его основе энергоэффективных микролазеров, сенсоров и поглотителей.

Результаты исследования нового устройства красноярские ученые представили в статье «Перестраиваемая по напряжению добротность в микрорезонаторе на фотонном кристалле», опубликованной в журнале Optics Letters.

Фотонные устройства, в отличие от электронных, используют в своей работе не перемещение электронов, а частицы света — фотоны. Такие устройства фотоники, как микрорезонаторы, действуют в качестве «ловушек для света», эффективно запирая его в малой области пространства.

Сохраненная в маленьком объеме материала световая энергия обеспечивает увеличение интенсивности света на определенных частотах, усиливая тем самым входной световой сигнал. Устройства на основе микрорезонаторов широко применяются в оптоэлектронике и связи, в том числе их используют в производстве оптических часов, лазеров, датчиков, а также в квантовых вычислениях.

Добротность в микрорезонаторе определяет его способность сохранять энергию внутри себя, чем она выше, тем дольше сохраняется в нем энергия света.

Лаборант Института физики им. Л. В. Киренского КНЦ СО РАН Алексей Краснов рассказал о новом устройстве:

«Добротность — это показатель того, сколько энергии теряется за один проход света между зеркалами. Мы спроектировали систему таким образом, чтобы в ней могло реализоваться связанное состояние в континууме — это запертая в микрорезонаторе световая волна с добротностью, ограниченной только поглощением света в веществе микрорезонатора. Если менять параметры микрорезонатора, настроенного на связанное состояние в континууме, можно эффективно управлять его добротностью».

Микрорезонатор с регулируемой добротностью, разработанный красноярскими учеными, конструктивно состоит из двух одномерных фотонных кристаллов, между которыми находится слой жидкого кристалла.

Фотонный кристалл, в свою очередь, напоминает «торт» из множества тонких слоев нескольких материалов, которые эффективно отражают падающий на кристалл свет. Поскольку таких кристаллических зеркал в резонаторе два, свет оказывается запертым между ними, образуя микрорезонатор.

«Слой жидкого кристалла, помещенный в микрорезонатор, чувствителен к электрическому напряжению, приложенному к нему. Это свойство уже долгое время используется для создания ЖК-дисплеев», — продолжил пояснения научный сотрудник Института физики им. Л. В. Киренского, кандидат физико-математических наук Павел Панкин.

Красноярские ученые первыми догадались использовать чувствительность жидкого кристалла в микрорезонаторе для электрического управления его добротностью. Добротность разработанного ими микрорезонатора изменяется от 100 до 360 в диапазоне напряжений 0,6 В.

«Предложенный нами микрорезонатор с управляемой добротностью может быть использован при создании энергоэффективных устройств фотоники», — указал Панкин.

Такими устройствами, считают разработчики, могут стать низкопороговые микролазеры на красителях, совершенные поглотители света и биофотонные сенсоры.