Металл-диэлектрический оптический микрорезонатор с управляемой добротностью разработали в составе научного коллектива ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» (КНЦ СО РАН), 20 сентября сообщила пресс-служба КНЦ.

Новый микрорезонатор обладает увеличенной добротностью, которой можно управлять за счет использования в структуре устройства фотонного кристалла. Повышенная эффективность микрорезонатора позволяет использовать его для создания энергоэффективных микролазеров, поглотителей света и высокочувствительных сенсоров.

Результаты исследования разработанного оптического устройства были представлены в статье «Металл-диэлектрический оптический микрорезонатор с перестраиваемой добротностью», опубликованной в журнале Applied Physics Letters.

Микрорезонаторы представляют собой оптические устройства, накапливающие световую энергию. За их уникальные свойства, такие как компактность, быстродействие, малое энергопотребление, их принято называть «технологиями будущего».

Предполагается их использование для передачи информации на высоких скоростях, а также в качестве базовых элементов квантовых процессоров, в высокочувствительных сенсорных системах и других устройствах фотоники.

Разработанный в КНЦ СО РАН микрорезонатор имеет слоистую структуру, в которой резонаторным слоем является жидкий кристалл. Высокая чувствительность жидкого кристалла к внешним факторам позволяет регулировать и настраивать добротность с помощью нагрева или подачи электричества на слой жидкого кристалла.

Один из авторов устройства инженер КНЦ СО РАН Гавриил Романенко рассказал о его особенностях:

«Мы разработали микрорезонатор, который состоит из фотонного кристалла и полупрозрачного слоя золота. Фотонный кристалл — это последовательно повторяющиеся слои разных диэлектриков. Он создан таким образом, чтобы отражать видимый свет. Зеркала из фотонных кристаллов имеют материальные потери меньше, чем металлические, что влияет на основную характеристику микрорезонатора — добротность».

Романенко пояснил, что добротность микрорезонатора определяется временем, в течение которого он удерживает свет, сохраняя его энергию. Созданный в КНЦ СО РАН микрорезонатор за счет использования в качестве одного из зеркал полупрозрачного слоя золота работает как с прошедшим, так и с отраженным от него светом, что увеличивает время удерживания света, то есть эффективность устройства.

Разработанная новая конструкция микрорезонатора с фотонным кристаллом позволяет управлять его резонансной добротностью в процессе использования за счет изменения скорости радиационных потерь, что невозможно в обычных резонаторах. Ученые продемонстрировали в ходе экспериментов изменение величины добротности микрорезонатора в процессе его работы в два раза.

«Добротность микрорезонатора определяется двумя видами потерь, а именно, свет может поглощаться веществом микрорезонатора, а также вытекать из него через зеркала. Новизна нашей работы заключается в том, что мы научились управлять вторым видом потерь. Для этого полость между зеркалами была заполнена жидким кристаллом. Нагревание жидкого кристалла или приложение к нему внешнего напряжения изменяет его оптические свойства, что влияет на скорость утечки света из микрорезонатора», — пояснил научный сотрудник Института физики им. Л. В. Киренского СО РАН к. ф.-м. н. Павел Панкин.

Ученый сообщил, что такой микрорезонатор с управляемой добротностью можно применять для создания энергоэффективных устройств фотоники, таких как микролазеры, эффективные поглотители света и высокочувствительные сенсоры.

Научный коллектив, принимавший участие в разработке нового микрорезонатора, включает также специалистов Сибирского федерального университета, Сибирского государственного университета науки и технологий им. академика М. Ф. Решетнева, АО НПП «Радиосвязь», НПК «Спецтехнаука» и Национального университета Цинь Хуа (Тайвань).