Рассеяние Бриллюэна: третья волна в интегральных схемах. Часть 1
Оптоволокно – это наша глобальная нервная система, передающая терабайты данных по всей планете в мгновение ока.
Так как эта информация путешествует через весь земной шар со скоростью света, энергия световых волн, отражающихся внутри кремниевых и полимерных волокон, создает крошечные вибрации, которые приводят к образованию звуковых или акустических волн обратной связи, известных как «фононы» или акустические кванты.
Эта обратная связь вызывает рассеивание света, явление, известное как «рассеяние Бриллюэна».
Для большей части отраслей связи и электроники это рассеяние света создает неудобства, снижая мощность сигнала. Но для недавно созданной группы ученых этот процесс обратной связи является возможностью создать новое поколение интегральных схем, которые могут произвести революцию в наших 5G и широкополосных сетях, спутниковой связи, сенсорах, радарных системах, оборонительных системах и даже в радиоастрономии.
«Не будет преувеличением сказать, что наша работа начинает эпоху возрождения в исследованиях», - говорит профессор Бен Эгглтон (Ben Eggleton), директор Нано института в Сиднейском Университете и соавтор доклада, опубликованного в журнале Nature Photonics.
«Применение данного взаимодействия между светом и звуком на микросхеме дает возможность для революции третьей волны в интегральных схемах».
Открытия в микроэлектронике после Второй мировой войны стали первой волной в развитии интегральных схем, которая привела к повсеместному использованию электронных устройств, основанных на кремниевых чипах, таких как мобильные телефоны. Вторая волна пришла на рубеже этого столетия с развитием оптических электронных систем, что стало основой гигантских центров обработки данных по всему миру.
Сначала электричество, затем свет. И теперь третья волна – звуковые волны.
Профессор Эгглтон – ведущий мировой исследователь, изучающий возможность применения этого взаимодействия фотон-фонон для решения реальных проблем. Его исследовательская группа, базирующаяся в Сиднейском центре нано науки и Школе физики, подготовила и выпустила более 70 статей на эту тему.
В сотрудничестве в другими мировыми лидерами в данной сфере, сегодня он опубликовал обзорную статью в Nature Photonics, в которой он изложил историю и потенциал развития того, что ученые называют «интегрированной фотоникой Бриллюэна». Его соавторами выступили профессор Кристофер Поултон (Christopher Poulton) из Технологического Университета Сиднея, профессор Питер Ракич (Peter Rakich) из Йельского Университета, профессор Майкл Стил (Michael Steel) из Университета Маккуори и профессор Горав Баль (Gaurav Bahl) из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн.
Профессор Баль говорит: «Данная статья показывает богатые возможности физики, которые возникают от такого фундаментального взаимодействия, каковым является взаимодействие между светом и звуком, которое встречается во всех состояниях материи.
Мы не только видим необъятное технологическое применение, но и чисто научные исследования, которые стали возможными. Рассеяние Бриллюэна помогает нам измерять свойства материала, преобразовывать то, как свет и звук проходят сквозь материалы, охлаждать малые объекты, измерять пространство, время и инертность и даже передавать оптическую информацию».
Профессор Поултон подчеркнул: «Большой прогресс заключается в одновременном управлении световыми и звуковыми волнами на очень малых масштабах.
Этот тип управления невероятно сложен, во многом потому, что два типа волн имеют совершенно разные скорости. Значительные достижения в области производства и теории, изложенные в данной статье, демонстрируют, что эта проблема может быть решена, и такое производительное взаимодействие между светом и звуком, как рассеяние Бриллюэна, теперь может использоваться на одном кристалле. Это открывает дверь для целого ряда устройств, объединяющих оптику и электронику».
Профессор Стил отметил: «Одним из впечатляющих аспектов интегрированной технологии Бриллюэна является то, что она охватывает широкий диапазон от фундаментальных открытий во взаимодействиях света и звука на квантовом уровне до очень практичных устройств, таких как гибкие фильтры в мобильной связи».
Рассеяние света, вызванное его взаимодействием с акустическими фононами, было предсказано французским физиком Леоном Бриллюэном в 1922 году.
Источник: Сиднейский Университет
