Удачная комбинация: как российские учёные вырастили кристаллы для оптических компьютеров

Российские исследователи обнаружили способ получения нелинейных оптических кристаллов в стекле. Такие кристаллы позволяют управлять свойствами проходящего через них света, в том числе превращать невидимое инфракрасное излучение в видимое. Для их получения стекло обрабатывалось интенсивными лазерными импульсами.

По мнению учёных, в будущем подобные кристаллы могут выступать в качестве элементов архитектуры сверхпроизводительного оптического компьютера.

Ученые РХТУ им. Д.И. Менделеева вырастили нелинейные оптические кристаллы в стекле. Такие кристаллы позволяют управлять свойствами проходящего через них света и могут использоваться при создании сверхпроизводительных оптических компьютеров. Об этом сообщается в журнале Crystals.

Как объяснили менделеевцы, сначала они синтезировали стекло, которое состоит из оксидов германия и свинца. Затем для получения кристаллов с заданными параметрами исследователи обрабатывали такие стекла интенсивными лазерными импульсами. От нагрева лазером стекло (которое изначально не относится к кристаллическим материалам) плавилось, а при последующем охлаждении кристаллизовалось.

Полученные кристаллы, отмечают учёные, называют нелинейно-оптическими. Эти с виду ничем не примечательные прозрачные материалы обладают особой симметрией структуры и позволяют управлять свойствами проходящего через них света, в том числе превращать невидимое инфракрасное излучение в видимое.

«Мы разрабатываем новые методы управления структурой материалов и, по сути, занимаемся своеобразной алхимией. К примеру, в этой работе для формирования нелинейно-оптических кристаллов микронного размера мы использовали стекло, которое облучали сильно сфокусированным импульсным лазерным излучением с аккуратно подобранными параметрами», — рассказывает главный автор работы, доцент кафедры химической технологии стекла и ситаллов РХТУ Сергей Лотарев. 

Такие кристаллы уже давно используют в лазерной технике, поясняют исследователи. Однако для применения в области фотонных вычислений необходимо было уменьшить оптические элементы до микронного размера и интегрировать их воедино, чтобы создавать оптические микрочипы. Это и удалось сделать учёным, вырастившим кристаллы прямо в стекле.

«Мы используем метод прямой лазерной записи: с помощью мощного фемтосекундного лазера нагреваем стекло до высоких температур, но делаем это очень аккуратно — зона нагрева ограничена всего несколькими микронами. В итоге с помощью такого нежного нагрева удаётся кристаллизовать заданные микрообъёмы стекла и создавать протяжённые треки с практически монокристаллической структурой, обладающие всеми свойствами нелинейно-оптического кристалла», — пояснил Сергей Лотарев. 

Для коллектива РХТУ это не первая работа по созданию нелинейных оптических кристаллов. Ранее учёным удалось вырастить в стекле кристаллы борогерманата лантана, с помощью которых можно изменять длину волны лазерного излучения. В настоящее время исследователи изучают различные возможности кристаллизации стекла при помощи лазера с целью создания других материалов с заданной микроструктурой.

Удачная комбинация свойств кристаллов и стекла в одном материале позволит использовать его при создании оптического компьютера, уверены исследователи. По словам Сергея Лотарева, в будущем микроскопические нелинейные оптические кристаллы могут функционировать как интегральный электрооптический модулятор — элемент архитектуры сверхпроизводительного оптического компьютера.