Фотоника
Использование фотона или фонона в качестве «агента» передачи информации, позволяет в перспективе создавать устройства обработки данных с характеристиками на несколько порядков превосходящие аналогичные элементы в современной классической электронике. В последние годы продемонстрированы на практике всевозможные полностью оптические, компактные, маломощные элементы булевой логики на основе фотонных кристаллов, метаматериалов, микро- и наносветоводов. Помимо вопроса обработки оптического сигнала, одной из важнейших задач фотоники является создание надежных и компактных источников лазерного излучения, обладающего наперед заданными характеристиками, такими как профиль пространственного и временного распределения излучения, его спектральные свойства.
Появление в конце ХХ века и бурное развитие в начале XXI века нового типа оптических световодов – микроструктурированных (МС) и фотонно-кристаллических (ФК) волноводов позволило сделать огромных шаг вперед в данном направлении. Стоит лишь отметить, что Нобелевские премии по физике в 2005 и 2010 годах напрямую связаны с развитием волоконных технологий. Генерация лазерного излучения обладающего сверхшироким спектром (суперконтинуум, рис.1) в ФК волноводе позволило реализовать сверхточные оптические часы, что позволяет выйти на новый «оптический» уровень стандарта частоты — с точностью 1 Гц на 1015 Гц.
В нашей лаборатории было проделано множество теоретических и экспериментальных исследований, посвященных различным задачам фотоники: от разработки лазерных источников до реализации полностью оптических логических элементов.
Экспериментально продемонстрированы и с теоретической точки зрения поняты различные волоконные источники сверхкоротких лазерных импульсов в спектральном диапазоне от ультрафиолета до среднего инфракрасного (от 350 нм до 2.0 мкм). Продемонстрирована генерация сверхмощного излучения суперконтинуума. Исследования в данных областях не прекращаются, а, напротив, фокусируются на разрешении прикладных и фундаментальных задач в нелинейной спектроскопии и микроскопии (рис. 2), генерации предельно коротких лазерных импульсов и телекоммуникационных технологиях. (Подробнее Желтиков А.М. УФН, 2006).
Оптические полимерные материалы являются перспективной платформой для создания эффективных гибких и дешевых компонент для целей фотоники и информационных технологий. В нашей лаборатории проведен ряд работ посвященных расширению функциональных возможностей устройств из полимерных материалов за счет их сверхбыстрой оптической нелинейности. Мгновенная оптическая нелинейность и вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР) света в полимерных волноводах позволяет реализовать источники широкополосного излучения, ВКР-усилители фемтосекундных импульсов, оптические «переключатели» широкополосного сигнала, как по длине волны, так и по времени (рис.3).