Красноярские учёные разработали оптический микрорезонатор с регулируемой добротностью

Красноярские ученые создали новый оптический микрорезонатор с управляемой добротностью. Благодаря этому качеству эффективность устройства повышается, что позволяет производить на его основе энергоэффективные микролазеры, сенсоры и поглотители.

Электронные устройства и устройства фотоники схожи по принципу действия: в первых перемещаются заряженные частицы (электронов), во вторых — частицы света (фотоны). Микрорезонаторы позволяют запирать свет в малой области пространства, за счет чего увеличивается интенсивность света на определенных частотах. Они широко используются в оптоэлектронике и связи, в частности для создания оптических часов и датчиков, в квантовых вычислениях.

Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» вместе с коллегами из Сибирского федерального университета разработали экспериментальную модель микрорезонатора. Его уникальность — в настраиваемой добротности. Высокая добротность позволяет микрорезонатору лучше сохранять энергию и выполнять свои функции, поэтому исследования часто направлены на ее увеличение и оптимизацию.

«Одной из важных характеристик микрорезонатора является добротность. Добротность — это показатель того, сколько энергии теряется за один проход света между зеркалами. Мы спроектировали систему таким образом, чтобы в ней могло реализоваться связанное состояние в континууме. Связанное состояние в континууме — это запертая в микрорезонаторе световая волна с добротностью, ограниченной только поглощением света в веществе микрорезонатора. Если менять параметры микрорезонатора, настроенного на связанное состояние в континууме, можно эффективно управлять его добротностью», — прокомментировал Алексей Краснов, лаборант Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН.

Микрорезонатор с регулируемой добротностью представляет собой два одномерных фотонных кристалла, между ними находится слой жидкого кристалла. Фотонный кристалл состоит из множества тонких слоев разных материалов и эффективно отражает падающий на него свет.

«Слой жидкого кристалла, помещенный в микрорезонатор, чувствителен к электрическому напряжению, приложенному к нему. Это свойство уже долгое время используется для создания ЖК-дисплеев. Мы впервые использовали чувствительность жидкого кристалла, помещенного в микрорезонатор, для электрического управления его добротностью. Предложенный нами микрорезонатор с управляемой добротностью может быть использован при создании энергоэффективных устройств фотоники», — отметил кандидат физико-математических наук научный сотрудник Института физики им. Л.В. Киренского СО РАН Павел Панкин.

Новый разработанный микрорезонатор может быть эффективен при создании низкопороговых микролазеров на красителях, совершенных поглотителей света и биофотонных сенсоров.

Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда (проект № 22-22-00687).