Нанофокусный волновод способен сжать луч света

Инженеры из Калифорнийского технологического института и Университета Калифорнии в Беркли разработали нанофокусный волновод, который способен сконцентрировать луч света в пучок, толщиною в несколько нанометров. Таким образом, они обошли дифракционную теорию света, которая утверждает, что луч невозможно сжать меньше, чем длина его волны. Разработка ученых в будущем позволит создавать новые оптоволоконные системы, применяемые в вычислительной технике, связи и обработке изображений.

Дело в том, что при помощи луча света можно передавать данные более эффективно, чем это происходит сейчас при помощи электрических импульсов. Тем более, что кодирование информации в оптических лучах и дальнейшая их передача происходит несколько быстрее и более энергетически эффективно, чем это возможно сейчас при использовании даже самой современной логики на полупроводниках.

Однако внедрение оптической логики, не смотря на ее большое преимущество, до сих пор тормозилось невозможностью ее использования в нанометровых элементах. Ранее предпринимались попытки уменьшения длины волны света путем его замедления. Это достигалось установкой на пути луча всевозможных материалов с различной диэлектрической проницательностью. Однако эти методы невозможно применять в электрических компонентах с высокой плотностью интеграции элементов (микросхемах).

Ученые и инженеры из Беркли под руководством профессоров Хек Чу и Эли Яблонович для значительного утоньшения луча света использовали плазмонику. Фотон света, проходя вдоль поверхности металла, вызывает появление так называемого поляритрона, длина волны которого значительно меньше длины волны, вызвавшего его фотона.

Нановолновод, созданный учеными, представляет собой коническую конструкцию из кварцевого стекла, покрытого тонким слоем золота. Волновод, используя явление плазмоники, преобразует свет в поток поляритронов и на выходе концентрирует их в достаточно мощный луч.

Работает устройство следующим образом. Проходя через волновод, фотоны луча света взаимодействуют с электронами металла (в данном случае золота). Электроны начинают колебаться, вызывая появление поляритронов. Получается, что световые волны как бы преобразуются в звуковые, но информация при этом не теряется. Дойдя до острия конусообразного волновода, эти волны снова преобразуются в пучок света, но уже значительно меньшего диаметра. Американским ученым удалось создавать таким способом лучи света, толщиною от  20 до 5 нм.

Особенность конструкции нановолновода в том, что ее легко можно применить в масштабах миниатюрного микрочипа.