Лазерный мир

Устройство основано на эффекте «фотонного крючка», сообщили в пресс-службе Томского политехнического университета

Концепцию зеленого оптического переключателя придумали и продемонстрировали ученые Томского политехнического университета (ТПУ). Устройство экологичное, простое и недорогое в изготовлении, основано на эффекте «фотонного крючка» и может применяться для разработки зеленых датчиков, интегрированной оптики и оптических компьютеров, сообщили ТАСС в пресс-службе вуза.

«Ученые Томского политехнического университета разработали оптический переключатель, основанный на эффекте фотонного крючка — искривленного светового луча характерной формы. Для этого они использовали охлаждаемую каплю воды, которую разместили на холодной супергидрофобной (отталкивающей воду) поверхности, чтобы максимально сохранить форму сферы. Замерзающая капля подходит для выполнения функции оптического переключателя благодаря ее температурной чувствительности и относительно быстрой динамике переключения», — сказано в сообщении.

Отмечается, что такой переключатель — термочувствительный и может быть двухканальным. Это позволяет использовать его для миниатюрных устройств на-чипе, в зеленой оптоэлектронике и мезотронике, например, для разработки зеленых датчиков, интегрированной оптики и оптических компьютеров. При этом не требуется использование дополнительных микромеханических устройств, а также управление при помощи электрического сигнала или многочастотной подсветки.

Зеленая электроника более дружественна, чем кремниевая, за счет использования органических, достаточно быстро разлагаемых материалов. Составители отчета глобального мониторинга электронных отходов ООН за 2020 год прогнозировали, что количество произведенных в мире за последние 16 лет электронных отходов увеличится практически в два раза к 2030 году и составит около 74,7 млн тонн. Электронные отходы, содержащие токсичные добавки или опасные вещества, включая ртуть, несут в себе серьезную угрозу для окружающей среды и здоровья человека.

В 2019 году исследователи ТПУ совместно с коллегами из России, США и Великобритании экспериментально подтвердили эффект «фотонного крючка» (photonic hook) — нового типа искривленного самоускоряющегося светового луча характерной формы. Свойства «фотонного крючка» делают его перспективным для применения в микроскопах со сверхразрешением и биологических исследованиях, где требуется управление молекулами.

Принцип работы

По словам ученых, в процессе замерзания по капле вверх распространяется лед, происходит изменение фазового состояния воды. Так как оптические свойства льда и воды отличаются, то, когда мы светим на каплю лазером сбоку, с другой стороны формируется «фотонный крючок». Уровень льда в капле в процессе замерзания постоянно меняется, соответственно, и «фотонный крючок» изгибается по-разному.
«Ключевым свойством «фотонного крючка» для реализации функции оптического переключателя является зависимость кривизны его луча от положения границы раздела вода-лед в процессе замерзания капли. Если в области локализации излучения расположить два детектора, то сначала сигнал от крючка попадет на первый детектор, а потом в процессе замерзания на второй. То есть свет будет давать сигнал то на один, то на другой детектор. Это и есть принцип работы оптического переключателя», — приводятся слова руководителя исследования, профессора отделения Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ТПУ Олега Минина. 

Источник: https://tass.ru/sibir-news/18373493