Разработано устройство, позволяющее связать между собой электромагнитные и механические колебания и действующее, как оптический аналог транзистора, в котором можно управлять одним световым лучом с помощью другого.
Фотоны плюс фононы: Оптический транзистор
Ложно-цветное изображение микрорезонатора, полученное с помощью электронного микроскопа. Красная тороидальная часть состоит из оксида кремния, её поддерживает кремниевая основа.

В исследовании, опубликованном 11 ноября в журнале Science, исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны в Швейцарии и Института Макса Планка в Германии объявили об открытии метода связи фотонов и механических колебаний (фононов), который может оказаться полезным в сфере квантовых коммуникаций и информационных технологий.

Профессор Тобиас Киппенберг (Tobias Kippenberg) и его команда построили устройство, позволяющее контролировать луч света, который проходит через оптический микрорезонатор, с помощью другого луча. Устройство действует как оптический аналог транзистора, в котором один пучок излучения (более мощный) влияет на интенсивность другого.

Оптический микрорезонатор имеет две ключевых особенности. Во‑первых, он «захватывает» свет внутри крошечной структуры из оксида кремния, направляя его по круговой схеме. Во‑вторых, эта структура вибрирует, как бокал, на строго определенной частоте. Размеры «бублика», закрепленного на кремниевой «подставке», составляют доли диаметра человеческого волоса, и частоты его вибрации в 10 000 раз выше, чем у бокала.

Когда свет попадает на устройство, возникает давление излучения, которое значительно усиливается резонатором. Возросшее давление деформирует «бублик», меняя частоту его колебаний. Взаимосвязь фотонов и фононов приводит к тому, что более сильный лазерный пучок, изменив параметры системы, может «включить» или «выключить» более слабый, также как один электрический сигнал в транзисторе может управлять другим.

«О теоретической возможности возникновения этого эффекта мы знали уже более двух лет, — объясняет Альберт Шлиссер (Albert Schliesser) из Института Макса Планка. — Но получить его на практике оказалось непросто».

Применение эффекта, получившего имя OMIT (optomechanically-induced transparency — оптомеханически индуцированная прозрачность) может открыть совершенно новые функциональные возможности фотоники. Например, разработка оптических буферов, которые смогут хранить оптическую информацию в течение нескольких секунд. С точки зрения фундаментальных исследований разработанное устройство предлагает способ управления оптико-механической системой на квантовом уровне, выступая в качестве интерфейса в гибридных квантовых системах — задача, над которой работают многие исследователи по всему миру.

По публикации PhysOrg.com