Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) впервые использовали оптоволокно для создания микрорезонаторов мод шепчущей галереи на его поверхности. Микрорезонаторы c модами шепчущей галереи характеризуются высокой добротностью в широком диапазоне длин волн и малым эффективным объемом локализации фотонных мод. Эти устройства позволяют некоторое время хранить свет, который, преобразуясь в них, приобретает новые свойства для дальнейшего применения. При этом использование оптоволокна в качестве микрорезонатора отличается от используемых ранее материалов своей доступностью и низкой ценой.
Шепчущая галерея – помещение круглой формы, в котором тихий звук или шепот хорошо распространяется вдоль стен, но не слышен в центре помещения. Этот эффект связан с распространением вдоль стены акустической волны, испытывающей многократное полное внутреннее отражение. При ее замыкании формируется характерная стоячая волна, прижимающаяся к стенкам галереи, которая получила название моды шепчущей галереи. Аналогичные моды шепчущей галереи для электромагнитных волн широко применяются для создания компактных СВЧ и оптических резонаторов с высокой добротностью.
Микрорезонаторы мод шепчущей галереи, над которыми работают специалисты НГУ, отличаются от других типов тем, что в качестве «хранилища» света используется не сферический, а цилиндрический объект, а именно обычное оптоволокно. Ученые отмечают, что оптоволокно и раньше широко применялось в оптике, однако обычно свет пускали только по направлению вдоль волокна. И оказалось, что боковая поверхность оптоволокна вполне подходит для того, чтобы на ней могли достаточно долго существовать моды шепчущих галерей, а само оптоволокно может стать прекрасным материалом для перспективного микрорезонатора, где свет будет преобразовываться и приобретать необходимые для применения свойства, в том числе рождать оптическую частотную гребенку. Ранее таким образом оптоволокно не использовалось.
Как рассказал старший научный сотрудник лаборатории волоконных лазеров Илья Ватник, проблема, с которой столкнулись ученые в процессе работы, это размер цилиндров оптоволокна – их диаметр составляет примерно 125 микрон, в то время как длина намного больше. Вследствие этого свет распространяется по длине цилиндра слишком далеко, что требует его локализации. Исследователи предложили способ, при котором, увеличивая радиус цилиндров на определенном участке оптоволокна, свет «запирается» в месте расширения, отражается и приобретает определенные свойства.
Этим расширениям возможно придавать различные формы, таким образом изменяя свойства света, преобразуемого внутри микрорезонатора. Таким образом, появляется возможность, изменяя радиус волокна, управлять свойствами света и, варьируя радиусы оптоволокна, задавать им определенные параметры.
В настоящее время научные сотрудники лаборатории работают над увеличением добротности и повышением качества микрорезонатора. Это необходимо для того, чтобы он смог конкурировать с другими типами аналогичных устройств.
Специалисты НГУ отмечают, что перспективы использования микрорезонаторов достаточно широки, но индустрия их использования только зарождается. По мнению ученых, разработка будет востребована у производителей оптических приборов, приборов оптического анализа, лидаров, в спектроскопии и материаловедении.
Источник: пресс-служба Новосибирского государственного университета
распечатать статью
