Поделиться
Создано устройство с самоорганизующимся светом, которое перевернет оптические технологии
Американский ученые создали оптическое устройство, управлять движением фотонов в котором не требуется. Свет находит правильный путь без сложных систем коммутаторов и электронных схем, используемых в современных приборах.
Новый подход к созданию оптических устройств
Исследователи фотоники из Инженерной школы USC Viterbi School Университета Южной Калифорнии (США) продемонстрировали первое оптическое устройство нового типа, пишет SciTechDaily.
Свет в приборе сам находит свой путь в системе, основываясь на принципах термодинамики, тогда как традиционным оптическим маршрутизаторам требуются сложные системы коммутаторов и электронных схем, что усложняет процесс и снижает производительность.
Способ управления светом на принципах самоорганизации открывает путь к развитию следующего поколения оптических технологий. Применение такого подхода может оказать существенное влияние на отрасль, сделав оптические технологии более естественными и эффективными, а создаваемые устройства — более мощными и менее сложными.
Управлять фотонами не нужно
В созданной в USC системе свет не требует управления или корректировки. Он естественным образом проходит через устройство в два этапа — сначала оптический аналог расширения, а затем тепловое равновесие. Результатом является самоорганизованный поток фотонов в заданный выходной канал без необходимости использования внешних переключателей.
Этот процесс подобен тому, как газ, претерпевающий так называемое расширение Джоуля-Томсона, перераспределяет свое давление и температуру, прежде чем достичь теплового равновесия, пояснили исследователи.
Они описывают его как самоорганизующийся мраморный лабиринт. Обычно пришлось бы поднимать барьеры и направлять шарик шаг за шагом, чтобы он достиг нужного отверстия. Свой «лабиринт» ученые устроили таким образом, что, куда бы вы ни бросили шарик, он автоматически катится к нужной конечной точке — ручное управление не требуется, свет сам находит правильный путь.
Новая концепция оптической термодинамики
Нелинейные многомодовые оптические системы часто воспринимаются как хаотичные и непредсказуемые. Это делает их моделирование одним из самых сложных, особенно для практического применения.
Ученые из Южно-Калифорнийского университета обратили внимание на то, что свет в этих системах претерпевает процесс, схожий с достижением теплового равновесия (подобно тому, как газы достигают равновесия посредством молекулярных столкновений) и переосмыслили комплексную теорию «оптической термодинамики», превращая хаос в предсказуемость.
«Помимо маршрутизации, эта структура может также открыть совершенно новые подходы к управлению светом, что будет иметь значение для обработки информации, связи и изучения фундаментальной физики», — заявила ведущий автор исследования Хедие М. Динани (Hediyeh M. Dinani), аспирант лаборатории группы оптики и фотоники USC Viterbi School.
«То, что когда-то считалось неразрешимой проблемой в оптике, теперь рассматривается как естественный физический процесс, который может изменить подход инженеров к управлению светом и другими электромагнитными сигналами», — добавил профессор электротехники и вычислительной техники Деметриос Христодулидес (Demetrios Christodoulides).
Короткая ссылка
