Красноярские ученые разработали микрорезонатор с фотоннокристаллическими зеркалами и жидкокристаллическим резонаторным слоем. Особенность нового устройства в способности управлять мощностью излучения энергии из резонатора. Это может быть использовано для управления световыми полями, создания сенсоров и лазерных резонаторов. Работа опубликована в журнале Nanoscale.

Микрорезонатор — это небольшое устройство, которое используется для управления светом на микроскопическом уровне. Он используется в различных устройствах фотоники, таких как оптические переключатели, фильтры и датчики. Микрорезонатор состоит из нескольких слоев различных материалов, оптимизация которых позволяет настраивать частоту, ширину линии и поляризацию проходящего через микрорезонатор света.

Ученые из ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» провели предварительные теоретические исследования и построили численную модель микрорезонатора. Это позволило изготовить образец и измерить его спектральные характеристики. Одним из ключевых аспектов этого исследования является возможность перестройки характеристик микрорезонатора. Это открывает перспективы для создания адаптивных и управляемых оптических систем, которые могут быстро и эффективно изменять свои свойства в зависимости от внешних условий или требований системы.

Для решения этого вопроса ученые предложили сделать микрорезонатор, который представляет собой жидкокристаллический дефектный слой, внедренный в одномерный фотонный кристалл. Результаты экспериментов подтвердили, что созданный микрорезонатор может изменять мощность излучения в зависимости от управляющего напряжения. Полученные результаты могут быть использованы для создания перестраиваемых устройств фотоники, работающих при низких напряжениях.

«Одномерные фотонные кристаллы – это многослойные зеркала из диэлектрических материалов. По сравнению с металлическими, они обладают низкими потерями, потому что почти не поглощают свет. Они используются в лазерных резонаторах. Жидкие кристаллы – это уникальные материалы, обладающие одновременно оптическими свойствами кристаллических твердых тел, но в то же время находящиеся в жидкой фазе», — рассказал один из авторов работы, лаборант Института физики им. Л. В. Киренского СО РАН Даниил Бузин.

Когда микрорезонатор освещается, световая волна концентрируется в его центре. Если покрыть эту структуру слоем золота толщиной всего 50 нанометров, свет будет дополнительно концентрироваться на границе между микрорезонатором и слоем золота. Добавление жидкокристаллического слоя позволило ученым управлять еще и излучаемыми потерями энергии.

«Мы обнаружили локализованное состояние, которое не излучает энергию в окружающее пространство – связанное состояние в континууме. Путем приложения к жидкому кристаллу внешнего напряжения, приводящего к изменению его оптических свойств, нам удалось отстроиться от связанного состояния в континууме и управлять мощностью, излучаемой в окружающее пространство», — добавил кандидат физико-математических наук, научный сотрудник Института физики им. Л. В. Киренского СО РАН Павел Панкин.

Изучение микрорезонаторов на основе жидкокристаллических слоев в фотонных кристаллах актуально для развития технологий в области оптоэлектроники, нанофотоники и плазмоники. Такие исследования позволяют разрабатывать новые устройства для управления светом на микро- и наномасштабах, что имеет большой потенциал для применения в различных областях, таких как создание лазеров и оптических сенсоров.

В работе также принимали участие специалисты Сибирского федерального университета, Сибирского государственного университета науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева и АО НПП «Радиосвязь».