Метод, позволяющий в сотни раз уменьшить затухание света в оптических системах и тем самым снизить в них количество технических сбоев, разработали ученые из Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) и «Пермской научно-производственной приборостроительной компании» (ПАО ПНППК), сообщает 5 июня пресс-служба ПНИПУ.

Рост во многих сферах числа применяемых оптоэлектронных устройств обусловлен тем, что свет может нести в сотни раз больше информации, чем электрический сигнал. В таких оптических системах, используемых в настоящее время для работы интернета, управления датчиками в роботах/дронах, в промышленности и даже в медицине, происходит преобразование электрического сигнала в световую и обратно.

Так, когда мы по смартфону отправляем фото в соцсеть, телефон превращает это изображение в электрические сигналы. Для передачи на дальние расстояния их преобразуют в оптические. Такие манипуляции осуществляются оптическим модулятором — прибором, содержащим волновод, по которому проходит свет, и металлический электрод, управляющий им. В конце пути другой модулятор превращает световой сигнал снова в электрический, и фото появляется у получателя.

В месте контакта волновода с электродом возникает потеря сигнала, которая для некоторых типов волн достигает 100 дБ/см. То есть происходит почти полное затухание, которое проявляется, например, сбоями в телевизоре и нарушением связи с интернетом. В случае же, когда оптическая связь используется для навигации дронов, может произойти полная потеря управления.

Для снижения потери сигнала между волноводом и электродом помещают тонкий, не проводящий ток материал — так называемый буферный слой. Обычно его толщина составляет 800–850 нанометров. Однако в настоящее время нет точных данных, как именно толщина этого слоя влияет на проводимость.

Ученые Пермского Политеха и ПНППК изучили это влияние и определили оптимальные параметры буферного слоя, при которых повышается эффективность оптических устройств.

Главный научный сотрудник ПНППК, профессор кафедры общей физики ПНИПУ доктор физико-математических наук Виктор Криштоп сообщил:

«Результаты исследования потерь сигнала при различной толщине буферного слоя показали, что оптимальное значение — не больше 0,8 мкм, так как в противном случае волновод начнет трескаться и перестанет выполнять свою функцию. При толщине 0,8 мкм потери света становятся практически незначительными и снижаются до 0,03 дБ/см».

Свои экспериментальные результаты ученые подтвердили тремя независимыми методами расчетов. Подробности проведенного исследования были ими представлены в статье «Зависимость оптических потерь от толщины буферного слоя между волноводом из тонкопленочного ниобата лития и металлическим электродом», опубликованной в журнале «Известия вузов. Приборостроение» Том 68, № 4 (2025).

По сравнению с известными случаями потерь, составляющих до 100 дБ/см и приводящих к почти полному затуханию, 0,03 дБ/см практически не оказывает влияния на передачу сигнала. Для телекоммуникационных систем использование оптимальной толщины буферного слоя обеспечит бесперебойную работу телевидения и интернета, отметил Виктор Криштоп.

Не менее важна устойчивая оптоэлектронная связь и для сенсоров, медицинской техники и других сфер, где активно применяется оптоволоконная передача информации.