Физики научились управлять лазером за 74 фемтосекунды

Работа опирается на эффект Керра, при котором показатель преломления вещества меняется под воздействием мощного излучения. В отличие от стандартных полупроводниковых модуляторов, полагающихся на медленное движение носителей заряда, электронная поляризация в данном случае срабатывает практически мгновенно. Чтобы сделать этот слабый физический процесс пригодным для управления, ученые спроектировали метаповерхность из кремниевых структур субволнового размера. Эти элементы работают как высокодобротные резонаторы, многократно усиливая взаимодействие света с материалом.

Пространственно структурированный импульс накачки локально меняет преломляющие свойства каждой ячейки, заставляя пробный луч изменять траекторию или форму. Ведущий автор исследования Клаудио Хейл отметил, что такая архитектура позволяет динамически перенастраивать устройство, просто меняя рисунок подсветки. На столь малых временных интервалах ученым удалось избежать паразитного нагрева и поглощения, которые обычно ограничивают эффективность подобных систем.

Технология обещает радикально изменить архитектуру вычислительных сетей. Сегодня волоконно-оптические линии вынуждены преобразовывать фотоны в электрические сигналы на узлах маршрутизации, что создает серьезные задержки. Прямая оптическая коммутация, работающая на фемтосекундной шкале, может стать основой для принципиально новых вычислительных систем и квантовых интерфейсов. Хотя представленный эксперимент носит фундаментальный характер, он доказывает возможность создания полностью оптических процессоров без промежуточного перевода данных в ток.