В Нижнем Новгороде исследуют новые фотонные интегральные схемы

Результатом исследований может стать разработка таких элементов, как сверхбыстрые модуляторы света

Фотонные интегральные схемы (ФИС), которые применяются для передачи и обработки сигналов в оптических сетях и системах связи, исследуют учёные Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского. Об этом 15 января сообщает пресс-служба вуза.

Одной из трудностей при создании ФИС является сложность изготовления на одном микрочипе различных устройств — волноводных соединений, делителей мощности, усилителей, модуляторов, лазеров и детекторов, поскольку они требуют различных материалов. Основными материалами существующих ФИС являются полупроводники, электрооптические кристаллы, а также различные стёкла.

Чтобы повысить быстродействие ФИС по управлению световыми потоками, ведется поиск новых материалов, обладающих высокой оптической нелинейностью. Перспективными, в частности, являются микроволноводы на основе недавно открытого материала — графена (слоя атомов углерода толщиной в один атом), концентрацией носителей заряда в котором можно эффективно управлять с помощью оптической накачки или приложенного напряжения смещения.

Сотрудниками кафедры общей физики радиофизического факультета ННГУ разработана теория преобразования световых волн, распространяющихся по поверхности графена, при изменении во времени концентрации электронов в графене. В отличие от предшествующих работ точно учтено взаимодействие электронов со световым полем. Одним из результатов исследования стало опровержение предсказанной ранее возможности усиления световых волн за счет изменения концентрации электронов. Таким образом, работа учёных ННГУ дает новый взгляд на динамику волн в нестационарных микроволноводах, способствуя тем самым развитию ФИС.

«До нашей работы были сделаны две попытки теоретического описания преобразования световых волн на поверхности нестационарного графена (обе в течение последнего года) группами из Бельгии и США, — пояснил заведующий кафедрой общей физики ННГУ Михаил Бакунов. — Обе работы опирались на неверное предположение о поведении магнитного поля световой волны при скачке концентрации электронов в графене. Вместо каких-либо предположений о поведении полей наша теория основана на точном микроскопическом учете динамики тока электронов в графене, чего не делалось в предшествующих работах».

Разработанная учёными ННГУ теория описывает изменение амплитуды и частоты световых волн на поверхности графена с переменной во времени концентрацией электронов. На основе теории могут быть разработаны такие элементы ФИС, как, например, сверхбыстрые модуляторы света. Результаты исследования опубликованы в одном из наиболее авторитетных международных журналов в области фотоники — Optica. Исследования ведутся при поддержке министерства науки и высшего образования России.