Позднее было обнаружено что, воздействуя электрическим полем на некоторые кристаллические материалы, луч света становился слабее - это второе открытие, получившее название «индуцированное электрическим полем генерирование второй гармоники световых волн» (в английской аббревиатуре известное как EFISH). Устройства, способные генерировать вторую оптическую гармонику, являются в прямом смысле громоздкими изделиями, требуя наличия мощных стационарных лазеров, потребляющих тысячи ватт. Как следствие, такие установки малопригодны для широкого практического применения.

Исследователи из Стэндфорда (США) продемонстрировали возможность уменьшения размеров потенциального EFISH-устройства до наноскопического уровня. В результате они получили ультра-компактный источник излучения, обладающий уникальными оптическими и электрическими свойствами. Разработка представляется интересной как с точки зрения фундаментальной науки, так и реализации конкретных приложений в области телекоммуникаций.

Работа EFISH-устройства основана на физических силах, заставляющих электроны вращаться вокруг ядер по своим орбитам - «это чем-то похоже на пружину», - комментирует доц. Марк Бронджерсма (Mark Brongersma) из Стэндфорда. «В большинстве случаев, когда атом вещества облучается лазерным светом, приращение энергии линейно удаляет отрицательно заряженный электрон от положительно заряженного ядра. Когда же внешний источник излучения выключен электрон «как на пружине» возвращается назад на свою орбиту, при этом высвобождая накопленную энергию в виде фотонов света».

Ключевой фразой в этом контексте является «в большинстве случаев» - ученые отмечают, что линейный характер удаления электронов в зависимости от интенсивности падающего лазерного излучения в дальнейшем нарушается, электроны удаляются от ядер менее линейно. «Другими словами, взаимодействие света с материей становится нелинейным», - поясняет аспирант Алок Васудев (Alok Vasudev). «Свет, входящий в материю, выходит из нее иным. Облучение кристалла фотонами ближней инфракрасной области на выходе обеспечивает появление зеленого света удвоенной частоты».

«Теперь же, используя полученные знания, нам удалось на наноскопическом уровне воспроизвести результат, наблюдаемый в макроскопике», - говорит д-р Вэншан Саи (Wenshan Cai). «Впервые в мире мы синтезировали нелинейное оптическое устройство столь крошечного размера - это открывает поистине уникальные технические возможности».

Новое наноскопическое EFISH-устройство напоминает галстук-бабочку с двумя симметрично расположенными «лепестками» из золотой фольги. Тонкая щель (шириной 100 нанометров) между ними заполнена нелинейным оптическим материалом. Фотоны, падающие на металл, производят энергетические волны, бегущие по его поверхности.

Физически изменив поверхность металла, исследователи смогли перенаправить энергетические волны таким образом, что практически все они распространялись внутрь структуры в направлении к оптической щели. Свет «стекает» в щель и, усиливаясь в оптическом материале, исходит наружу потоком фотонов приблизительно в 80 раз сильнее энергетически возбужденных лазерных уровней.

Не смотря на то, что реального практического приложения ученые на сегодняшний день предоставить не могут, они считают, что такие устройства появятся уже в ближайшем будущем. В частности, «подобное устройство однажды может быть использовано в коммуникационной отрасли», - говорит доц. Бронджерсма.

«Полученные нами результаты - это значительный скачок фундаментальной науки, - заключает ученый, - это работа, которая объединяет несколько дисциплин (нелинейную оптику, электронику, плазмонику и наноскопический инжиниринг) в единое целое, - это действительно интересное устройство, которое могло бы занять нас на некоторое время».

источник