Создано нанооптическое устройство для независимого управления интенсивностью и фазой света

Электрическое управление комплексной амплитудой генерации второй гармоники с помощью нелинейной поляритонной метаповерхности. Автор: Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adw8852

Учёные разработали наноразмерное оптическое устройство, позволяющее независимо управлять интенсивностью и фазой света. Применяя напряжение, это инновационное устройство может свободно манипулировать фазой и амплитудой света второй гармоники (SH), открывая новые возможности для передовых технологий квантовой связи и обработки информации. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Профессор Чжонвон Ли и его исследовательская группа из Департамента электротехники UNIST создали электрически управляемый нанооптический компонент, способный к полной независимой модуляции фазы и интенсивности света второй гармоники. Это устройство представляет собой значительный прорыв в нелинейной оптике — области, связанной с изменением свойств света через взаимодействие со специализированными материалами, что является фундаментальным процессом для генерации источников запутанных фотонов и других квантовых оптических систем.

Нанооптическое устройство имеет чрезвычайно малые размеры — примерно одну десятитысячную часть ногтя — что позволяет ему заменять более громоздкие материалы и открывает путь к созданию более лёгких и компактных оптических систем. В отличие от традиционных нанооптических компонентов, работающих пассивно, это устройство может активно управляться путём подачи напряжения, обеспечивая точную регулировку как фазы, так и амплитуды. Такой контроль позволяет кодировать более сложную информацию, что критически важно для технологий следующего поколения.

Экспериментальные результаты продемонстрировали почти 100% глубину модуляции интенсивности сигнала второй гармоники, при этом фаза может настраиваться в полном диапазоне от 0 до 360 градусов. Кроме того, нелинейный отклик можно регулировать в диапазоне приблизительно от 0 до 30 нм/В, что указывает на возможность полного электрического контроля комплексной амплитуды как по величине, так и в фазовом пространстве.

Используя эту технологию, команда успешно продемонстрировала создание фазовых и амплитудных решёток, обеспечивающих динамическое управление дифракционными картинами выходного света. Эти возможности имеют перспективные применения в формировании волнового фронта в реальном времени, высокоскоростном кодировании данных и бесконтактном оптическом переключении.

Ключом к этому прорыву является конструкция поверхности устройства, которая включает наноструктуры, сочетающие квантовые ямы и металлические нанополости, расположенные парами с противоположными фазами (разница 180°). Такое точное инженерное решение позволяет осуществлять высокоэффективную и независимую настройку нелинейных оптических откликов.

Профессор Ли прокомментировал: «Впервые мы преодолели физические ограничения существующих нелинейных оптических устройств, представив миниатюрную платформу, которая достигает высокоскоростного и высокоточного оптического контроля исключительно с помощью электрических сигналов».

«Эта технология имеет потенциал стать фундаментальной платформой для активных квантовых оптических систем, таких как источники запутанных фотонов и управление квантовой интерференцией».

Дополнительная информация: Jaeyeon Yu et al, Full complex amplitude control of second-harmonic generation via electrically tunable intersubband polaritonic metasurfaces, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adw8852

Источник: Ulsan National Institute of Science and Technology