Получен нерассеивающийся луч света

Международная группа учёных под руководством Фредерико Капассо из Гарвардской школы инжиниринга и прикладных наук (США) продемонстрировала новый вид светового луча, способный резко увеличить эффективность оптоволоконной связи.

Названный косинус-гауссовским, этот луч, по сути, представляет собой двумерный вариант луча Бесселя.

Этот вид луча — продукт специфического класса квазичастиц, называемых поверхностными плазмонами, то есть коллективными колебаниями свободного электронного газа. Плазмоны давно считаются потенциально полезными в микроэлектронике, поскольку металлические провода, по поверхности которых их можно передавать, могут быть намного тоньше обычных и поддерживать куда более высокие частоты — теоретически до 100 ТГц (в то время как обычные проводники демонстрируют высокие потери уже при 10 ГГц).

Мешало этому в основном то, что все волны, включая свет, не только распространяются в заданном направлении, но и рассеиваются, что, учитывая размеры плазмонных проводников, означает серьёзную потерю сигнала уже на коротких расстояниях.

Косинус-гауссовский плазмонный луч наверняка поспособствует появлению куда более быстрых процессоров. (Здесь и ниже иллюстрации Patrice Genevet.)

Чтобы получить нерассеивающийся луч, учёные создали на тонком золотом покрытии, нанесённом на стеклянную основу, два ряда желобков, пересекающихся под определённым углом и образующих своего рода решётку. Когда эти желобки подвергаются воздействию лазерного луча, по каждому набору под углом друг к другу двигаются две плоские поверхностные волны, которые, пересекаясь, накладываются и создают тем самым нерассеивающийся луч.

Разумеется, не рассеивается он только в пределах металлической поверхности, по которой распространяются плазмоны. То есть в нынешнем эксперименте его «нерассеивание» ограничилось всего 80 мкм. И тем не менее работа очень важна. «Мы сделали важный шаг к решению этой проблемы [рассеивания плазмонов при передаче], — замечает г-н Капассо, — открыв и подтвердив экспериментально существование неизвестного решения уравнений Максвелла... Это решение является высоколокализированной поверхностной плазмонной волной, которая распространяется на большую дистанцию (примерно 80 мкм в наших экспериментах), по прямой безо всякого рассеивания».

Авторы работы надеются, что дальнейшее развитие открытого ими направления приведёт к резкому росту энергоэффективности и рабочей частоты микросхем.

При наложении двух волн, направленных под углом друг к другу, возникла результирующая волна, не выказывающая никакого рассеивания.

Соответствующее исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам Гарвардской школы инжиниринга и прикладных наук.