Физики с кафедры нанофотоники физического факультета МГУ придумали метод модуляции пространственного распределения интенсивности света, обусловленного эффектом Гуса-Хенхен в магнитоплазмонном кристалле, с помощью приложения магнитного поля. На основе данной разработки возможно создать компактные магнитооптические устройства и сенсоры для применения в нанофотонике.
Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ № 20–12–00389, опубликованы в журнале Q1 «ACS Photonics».
Величина магнитооптических эффектов Фарадея и Керра ограничена малой магнитооптической активностью материалов. С увеличением размеров магнитного материала эффект Фарадея растёт, но это ограничивает его применение в компактных чипах. Для преодоления этих проблем разрабатывают миниатюризированные магнитооптические элементы на основе различных нанофотонных структур, обладающих оптическими резонансами.
По обычным законам геометрической оптики падающий пучок должен отразиться от точки падения, но на самом деле это не так — из-за того, что свет проникает вглубь поверхности и высвечивается в другой точке. Смещение отражённого пучка по сравнению с положением, определяемым законом геометрической оптики, и называется эффектом Гуса-Хенхен, открытым еще в 1947 г. При отражении света от поверхности эффект очень маленький — порядка одной длины волны излучения (несколько сотен нанометров), а при возбуждении поверхностных плазмонов он может быть значительно усилен (до нескольких десятков и сотен микрон). Можно даже увидеть глазом смещение пучка. Эффект Гуса-Хенхен вызывает перераспределение энергии света: возникают два пространственных максимума интенсивности отраженного света: нерезонансный (несмещенный), связанный с обычным отражением света, и резонансный (смещённый), связанный с возбуждением поверхностных плазмонов. В результате получается неоднородное по пространству распределение интенсивности, которое очень чувствительно к внешним воздействиям. На это распределение можно повлиять с помощью приложения магнитного поля.
«Оказалось, что в некоторых пространственных точках величина эффекта превышала обычную (интегральную) в эксперименте в 2,5 раза. Такое существенное превышение связано с наличием пространственных областей, где локализация электромагнитного поля значительно усиливается за счёт поверхностных плазмонов. Эффект Гуса-Хенхен позволил найти и пространственно визуализировать эти положения. Это открывает дорогу к созданию более эффективных и компактных модуляторов интенсивности света и оптических сенсоров», — прокомментировал Андрей Федянин, заведующий кафедрой нанофотоники физического факультета МГУ.
Источник:
https://www.ras.ru/

Сотрудники Санкт-Петербургского Федерального исследовательского центра Российской академии наук (СПб ФИЦ РАН) разработали несколько методов для автоматического распознавания дипфейков — изображений, созданных или изменённых с помощью искусственного интеллекта. Проект поддержан грантом Фонда содействия инновациям.
Дипфейки представляют собой синтезированные с помощью нейросетей изображения и видео, которые могут выглядеть настолько реалистично, что отличить их от настоящих крайне сложно. Эти технологии используются не только при создании качественного контента для СМИ, музеев и онлайн-магазинов, но и для мошенничества и компрометации людей. Киберпреступники применяют дипфейки для шантажа, подделки документов и фотографий, что может причинить моральный, репутационный и экономический ущерб.
Один из методов обнаружения дипфейков, основанный на обнаружении признаков т.н. апскейлинга, уже успешно разработан и проверен. Апскейлинг — это метод улучшения качества изображения путем увеличения его разрешения. Суть апскейлинга заключается в том, что с помощью специальных алгоритмов изображению добавляются дополнительные пиксели, что делает его более чётким и детализированным. В контексте дипфейков апскейлинг используется для повышения качества сгенерированных искусственным интеллектом изображений, чтобы они выглядели более реалистично. Этот метод обнаружения был создан участником проекта — младшим научным сотрудником Лаборатории проблем компьютерной безопасности СПб ФИЦ РАН Дмитрием Весниным.
«Мы разрабатываем алгоритмы, которые анализируют множество параметров изображения, чтобы определить, насколько оно было изменено с помощью искусственного интеллекта. Это важно, так как практически все современные смартфоны используют нейросети для улучшения фотографий. Однако при создании дипфейков фотографии изменяются гораздо сильнее и в этом и состоит отличие. Один из наших алгоритмов научился выявлять апскейлинг, то есть искусственное улучшение качества изображения за счёт повышения его разрешения», — объясняет участник проекта, ведущий эксперт Международного центра цифровой криминалистики СПб ФИЦ РАН Дмитрий Левшун.
Исследователи разделили дипфейки на три типа: полностью сгенерированные нейросетью изображения, фотографии с добавленными элементами (например, замена лиц реальных людей) и модифицированные фотографии (например, изменения цвета кожи или мимики). Для обнаружения дипфейков создается база данных изображений всех трёх типов. На основе этой базы будет обучена нейросетевая модель, которая сможет определить наличие признаков целенаправленного изменения лица на фотографии, а также с помощью какого программного инструмента был создан дипфейк.
«Апскейлинг — это только один из признаков, по которым можно выявить даже качественно выполненный дипфейк. Мы планируем доработать нашу нейросеть, чтобы она могла анализировать изображения по большому числу характеристик. Наша глобальная цель — создать приложение, которое бы быстро и точно выявляло фейковые изображения и видео, защищая репутацию и финансы людей от интернет-мошенников», — пояснил руководитель проекта, руководитель Международного центра цифровой криминалистики СПб ФИЦ РАН Андрей Чечулин.
Сейчас учёные СПб ФИЦ РАН работают над созданием новой открытой библиотеки интеллектуальных методов для обнаружения поддельных и измененных фотографий лиц. Эта библиотека будет выполнять две основные задачи: выявлять подделки и определять их тип. Библиотека сможет работать в реальном времени, анализируя цифровые изображения от момента обнаружения лица до проверки его подлинности. Анализ будет основываться на современных технологиях искусственного интеллекта и авторских нейросетевых моделях, созданных на базе лучших мировых практик и оригинальных решений учёных СПб ФИЦ РАН. Проект «Библиотека интеллектуальных методов для обнаружения преднамеренной подмены, модификации или генерации лица человека в цифровых фотографиях» поддержан грантом Фонда содействия инновациям.
Источник: пресс-служба СПб ФИЦ РАН.
https://www.ras.ru/

Научные сотрудники Отдела лазерной физики и инновационных технологий Новосибирского государственного университета (ОЛФиИТ НГУ) и Института автоматизации и электрометрии СО РАН проанализировали различные аспекты, связанные с генерацией шумоподобных импульсов, и предложили новый механизм их стабилизации на основе аналогии такого импульса с каплей солитонной жидкости.
Также они рассмотрели свойства шумоподобных импульсов и выявили причины их низкой когерентности. Статья С.М. Кобцева и А.К. Комарова «Noise-like pulses: stabilization, production, and application» была опубликована в журнале Journal of the Optical Society of America B и стала одной из самых скачиваемых в апреле-июне 2024 года.
Отдел лазерной физики и инновационных технологий НГУ, сотрудники которого исследуют уникальные шумоподобные (noise-like) импульсы, традиционно занимается передовыми исследованиями в области волоконных лазеров. Высокий уровень этих исследований отмечен как на международном, так и на национальном уровне. Сотрудники Отдела регулярно выигрывают гранты Российского научного фонда, участвуют в поставках лазерного оборудования в России и за рубежом.
«Шумоподобные импульсы, генерируемые при определённых условиях в волоконных лазерах с синхронизацией мод излучения, представляют собой уникальное состояние электромагнитного поля. Они были открыты не так давно — лет 25 назад, и долгое время считалось, что эти импульсы практически не имеют перспектив применения. Однако более детальные исследования свойств шумоподобных импульсов выявили их некоторые преимущества при генерации суперконтинуума, при вынужденном комбинационном преобразовании, при генерации второй гармоники излучения и т.д. Шумоподобные лазерные импульсы становятся более полезными по мере более детального изучения их свойств. ОЛФиИТ НГУ занимает одно из ведущих позиций в мире по изучению этих уникальных импульсов», — объяснил доктор физико-математических наук Сергей Кобцев.
В статье описано исследование, проводимое в рамках проекта «Фундаментальные основы формирования низкокогерентного короткоимпульсного лазерного излучения», поддержанного грантом РНФ на 2022-2024 годы. На основе шумоподобных импульсов может быть создан некогерентный лазер, востребованный в приложениях, где спекл-структура излучения является паразитным эффектом. Она является результатом случайной интерференции, в образовании которой могут принимать участие отраженные от облучаемой поверхности волны, а также падающие волны. К паразитной интерференции в ряде применений приводит высокая когерентность, ассоциирующаяся с лазерным излучением. При уменьшении степени его когерентности снижается и паразитный эффект.
Некогерентный (или низкокогерентный) лазер может быть создан на основе режима генерации шумоподобных импульсов, отличающихся также сравнительно малой длительностью (нано-пико-фемтосекундный диапазон). Излучение шумоподобных импульсов может быть низкокогерентным и коротко-импульсным, однако оптимальные пути получения этих импульсов в лазерах (преимущественно волоконных) до сих пор находятся в стадии изучения.
В настоящее время учёные создают прототип технологической платформы для дальнейших разработок нового поколения лазеров, используя оптоволоконные технологии.
«Низкокогерентный лазер может занять нишу между традиционными некогерентными (лампа, светодиод, усиленное спонтанное излучение и т.д.) и когерентными («обычный» лазер) источниками излучения как источник излучения нового поколения с уникальным сочетанием свойств и особой областью применений. Лазерные источники низкокогерентного или некогерентного излучения будут востребованы множеством приложений, где паразитная интерференция излучения, вызванная его когерентностью, может негативно влиять на результат применения лазерного излучения. В числе этих приложений — проекционные лазерные системы, например, «лазерный телевизор», а также устранение спекл-шума, вызванного диффузно рассеянным когерентным излучением, а также многие режимы обработки материалов (устранение модуляции световых полей из-за перекрестной интерференции множества компонентов когерентного излучения), многие биомедицинские задачи (устранение интерференции при рассеянии когерентного лазерного излучения на коже или в объёме среды) и т.д. Разработка новых востребованных источников излучения (лазерных источников некогерентного излучения) открывает путь к совершенствованию многих существующих технологий и к созданию новых», — сказал Сергей Кобцев.
По мнению исследователей, задействованных в данном проекте, появление качественно новых источников оптического излучения может изменить многие уже существующие технологии и инициировать возникновение новых, а фундаментальные и прикладные результаты из работы будут востребованы для дальнейших исследований и разработок.
Источник: https://www.nsu.ru

Новая структура каналов для передачи данных решит проблемы, которые, как ожидается, возникнут в эпоху квантовых вычислений.
Британские физики из Университета Бата разработали волокна с микроструктурированной сердцевиной, состоящей из сложного рисунка воздушных карманов. В отличие от оптоволокна со сплошным сердечником в современных каналах связи они подходят для передачи света на длинах волн квантового интернета будущего.
Оптические волокна в современных телекоммуникационных сетях передают свет на длинах волн, которые обеспечивают минимальные потери при распространении света в кварцевом стекле, объясняют ученые. Но эти длины волн несовместимы с рабочими диапазонами источников одиночных фотонов, кубитов и активных оптических компонентов квантовой связи.
В специальных волокнах, которые разработали физики из Университета Бата, по всей длине создана микроструктурированная сердцевина, состоящая из сложного рисунка воздушных карманов. Такая структура позволяет исследователям манипулировать свойствами света внутри волокна, создавать запутанные пары фотонов, изменять цвет фотонов или даже захватывать отдельные атомы внутри волокон.
Низкие потери, низкая задержка и низкая дисперсия волокон с полой сердцевиной делают их привлекательными для передачи данных в квантовых сетях как на короткой, так и на длинной дистанции, добавляют ученые. В исследовании, опубликованном в журнале Applied Physics Letters Quantum, физики обсуждают проблемы, связанные с квантовым интернетом, а также представляют решения для масштабируемой и надежной широкомасштабной квантовой сети.
Как и существующий интернет, квантовый интернет будет полагаться на оптические волокна для передачи информации от узла к узлу. Эти оптические волокна, вероятно, будут сильно отличаться от тех, что используются в настоящее время, и потребуют другой поддерживающей технологии, чтобы быть полезными.

Источник:
https://hightech.fm/

Эффективность генерации-детектирования фотонов достигла 90 процентов
Немецкие физики смогли создать мультиплексную атомно-фотонную запутанность с эффективностью генерации-обнаружения около 90 процентов. Для этого ученые использовали оптический пинцет, чтобы разместить атомы в двумерном массиве в оптической решетке, и облучали их один за другим при помощи лазера в резонаторе Фабри — Перо. Результаты опубликованы в журнале Science.
Квантовые вычисления и квантовые компьютеры имеют огромный потенциал для решения задач, недоступных обычным компьютерам. Однако масштабирование таких систем до многих кубитов остается сложной задачей из-за потерь в оптических системах связи и неустранимых ошибок. Одним из решений может быть разработка квантовой сети, состоящей из небольших квантовых регистров, содержащих вычислительные кубиты, которые обратимо связаны с коммуникационными кубитами. Это позволит преодолеть потери и ошибки благодаря мультиплексному квантовому протоколу, включающему повторители и механизмы исправления квантовых ошибок.
Группе ученых под руководством Герхарда Ремпе (Gerhard Rempe) из Института квантовой оптики Общества Макса Планка удалось создать подобный регистр. Для этого ученые охлаждали лазером атомы рубидия-87 (87Rb) и размещали их при помощи оптического пинцета в узлах решетки оптической ловушки. Физикам удалось размещать и контролировать таким образом до шести атомов рубидия, что существенно больше, чем в предыдущих экспериментах. Оптическая решетка была организована внутри резонатора Фабри — Перо. При помощи лазера физики создавали начальное состояние и когерентное возбуждение атомов. Рожденные фотоны, покидающие резонатор, проходили через оптическую систему и регистрировались при помощи сверхпроводящих нанопроволочных однофотонных детекторов.
В результате ученым удалось создавать и регистрировать фотоны, квантово-запутанные с атомами. При этом за счет увеличения количества атомов вероятность зарегистрировать хотя бы один запутанный фотон выше, чем у одиночных кубитов. Физикам удалось достичь стабильной эффективности генерации-обнаружения на уровне 90 процентов.
Ученые отмечают, что их подход может быть масштабирован до систем из многих атомов. Это увеличит вероятность генерации-обнаружения и повысит надежность работы квантового регистра.
Физики продолжают исследовать возможность создания устойчивых квантовых сетей для распределенных квантовых вычислений. Например, недавно ученые показали, что можно реализовать квантовые облачные вычисления, объединив фотоны с ионами.
Источник:
https://nplus1.ru/

В Институте прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова РАН предложена концепция стержневого иттербиевого «усилителя расходящегося пучка», которая позволяет одновременно достичь и высокой пиковой, и высокой средней по времени мощности излучения. Она позволит стержневым лазерам составить серьёзную конкуренцию доминирующим на рынке слэбовым и дисковым лазерам, благодаря своей простоте и эффективности.
Со времён изобретения лазера наиболее популярной геометрией твердотельной активной среды всегда являлся стержень. Простота реализации, эффективное усиление и возможность извлечения импульсов высокой энергии сделали неодимовые, титан-сапфировые, хромовые и другие стержневые лазеры «рабочими лошадками» в различных областях науки и техники. В последние годы наибольшую популярность обрели иттербиевые лазеры, достигшие рекордного сочетания высокой пиковой и высокой средней по времени мощности, став широко востребованными в области лазерной спектроскопии, ускорения заряженных частиц, генерации терагерцового и рентгеновского излучения, лазерной ударной обработки материалов и т. д.
Однако одновременное достижение высокой пиковой и средней мощности является задачей, требующей нестандартного подхода, накладывающей на лазерную систему различные, порой противоречащие друг другу, требования. С одной стороны, для повышения пиковой мощности, которая определяется энергией и длительностью импульсов, необходимо увеличивать площадь лазерного пучка и апертуру активного элемента, чтобы избежать оптического пробоя. С другой стороны, для повышения средней мощности необходимо повышать эффективность охлаждения активного элемента, чего можно добиться за счёт уменьшения его размера в направлении охлаждения. В стержневой геометрии для этого необходимо уменьшать радиус стержня, что приводит к невозможности повышения энергии импульсов. В результате стержневые иттербиевые лазеры заняли узкую нишу параметров с большой средней мощностью (>100 Вт), но малой энергией импульсов (<10 мДж), уступив первенство лазерам на тонких слэбах и на тонких дисках. Тем не менее, геометрия стержня всегда была, есть и будет предпочтительнее благодаря своей простоте и эффективности.
Концепция предложенного в ИПФ РАН стержневого иттербиевого усилителя позволяет сочетать высокую среднюю мощность и большую энергию импульсов. Концепция основана на использовании стержневого активного элемента, выполненного в форме усечённого конуса, где излучение накачки и лазера распространяются от меньшего торца к большему, а размеры пучков увеличиваются по мере распространения.
В результате, в узкой части стержня (на рисунке слева) обеспечивается эффективное усиление сигнала за счёт высокой интенсивности накачки и хорошей эффективности охлаждения в данной области. Широкая же часть стержня служит для извлечения импульсов большой энергии без риска пробоя выходного торца.
«Ключевой проблемой, с которой мы столкнулись при реализации данной концепции, — рассказал один из авторов работы Иван Кузнецов, старший научный сотрудник ИПФ РАН, — стали факторы, препятствующие увеличению размера пучка при усилении, среди которых тепловая линза, поперечная неоднородность коэффициента усиления и нелинейная самофокусировка. Расчёты показали, что для компенсации влияния данных факторов нужно существенно увеличить начальную расходимость усиливаемого пучка. При этом единственным возможным способом достижения требуемой расходимости является придание входному торцу активного элемента вогнутой сферической формы, который стал играть роль рассеивающей линзы».
С использованием предложенной концепции удалось втрое повысить выходную энергию импульсов, сохранив при этом высокую среднюю мощность, эффективность усиления и качество пучка. Полученное сочетание параметров на сегодняшний день является рекордным среди стержневых иттербиевых лазеров, а дальнейшая оптимизация позволит в скором времени их увеличить. Данная работа существенно расширит круг задач стержневых иттербиевых лазеров, что позволит им составить серьёзную конкуренцию доминирующим на рынке слэбовым и дисковым лазерам, благодаря своей простоте и эффективности.
Авторы: Иван Кузнецов, Сергей Чижов, Олег Палашов. Работа опубликована в журнале Optic Letters.
Исследование проводилось при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 18-12-00416).

Источник: https://ipfran.ru

Ученые из Сколтеха и Университета Вупперталя в Германии под научным руководством вице-президента по фотонике Сколтеха Павлоса Лагудакиса, лауреата научной премии «Вызов», создали универсальный логический элемент NOR (от английского NOT — оператор отрицания и OR — оператор логической суммы «или»). Он разработан на основе поляритонных конденсатов, функционирует при комнатной температуре, имеет множественные входы, может работать в сотни раз быстрее электронных аналогов, а также является полностью оптическим — то есть работает без участия электрического тока. Важно, что такие логические элементы можно воспроизводить и соединять в цепи, то есть каскадировать.
Результаты работы представлены в журнале Nature Communications. По словам исследователей, на базе нового вентиля NOR можно создать любые типы логических элементов, необходимых для оптических микросхем, и проводить вычисления без участия электрического тока. Результаты исследования приближают ученых к давней мечте о создании оптических компьютеров, которые смогут работать в сотни раз быстрее традиционных компьютеров на основе электронных технологий.
«Мы впервые на практике реализовали каскадируемый оптический универсальный логический вентиль, а значит, наши эксперименты открывают путь к созданию полностью оптического вычислителя. Дело в том, что современные компьютеры ограничены по частоте работы электронного процессора в несколько ГГц. С 1980-х годов для увеличения скорости вычислений производители постоянно увеличивали тактовую частоту процессора, но затем столкнулись с принципиальным физическим ограничением — если поднимать частоту процессора выше нескольких ГГц, то процессор просто превращается в электрообогреватель.
В 2019 году наша лаборатория разработала первый в мире сверхбыстрый оптический поляритонный транзистор, который работает при комнатной температуре и является основным строительным блоком оптических поляритонных логических цепей. А в чем преимущество оптики? Прежде всего она не ограничена несколькими ГГц тактовой частоты. Мы можем работать с поляритонными транзисторами с частотой до одного ТГц, что примерно в 300 раз быстрее электронных аналогов. В другой нашей работе мы показали, что для управления оптическим поляритонным транзистором достаточно одного фотона, что не может быть реализовано в любой другой оптической системе», — рассказал первый автор работы Денис Санников, заместитель руководителя Лаборатории гибридной фотоники в Центре фотоники и фотонных технологий Сколтеха.
Логические элементы — или вентили — выполняют в устройстве различные логические операции — конъюнкцию, дизъюнкцию, отрицание и так далее. Процессор в компьютере состоит из миллиардов транзисторов, объединенных в эти логические элементы, которые при подаче какого-то входного сигнала, производят внутренние вычисления и выдают, например, изображение на экран. Логический вентиль принимает на каждый из своих входов сигнал с логическим уровнем «0» или «1», а на выходе возвращает сигнал «0» или «1» в соответствии с предварительно заданными правилами. Обычно электронные вентили имеют 2-8 входов и 1-2 выхода, но в экспериментах ученых Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха новый оптический универсальный вентиль успешно справился с 12 входами — в этом еще одно конкурентное преимущество разработки.
«Для создания универсального вентиля мы использовали особые свойства „жидкого света“ — так сейчас называют поляритонные конденсаты, способные усиливать слабые оптические сигналы в десятки тысяч раз. Чтобы создать такой „жидкий свет“, для начала мы должны сконденсировать поляритоны в основное состояние. Если проводить параллель, то это подобно водяному пару в воздухе, который превращается в воду на холодном стекле окна. Мы же пошли дальше и научились конденсировать поляритоны не только в основное состояние, но и в неосновное — состояние с большей энергией.
Этот эффект позволил решить давнюю проблему полностью оптических, логических элементов, заключающуюся в отключении оптического сигнала с помощью света, делая из логической единицы ноль, — добавил Денис Санников. — Фотоны, в отличие от электронов, не взаимодействуют друг с другом, и поэтому создание такого оптического логического преобразователя долгое время оставалось физическим и технологическим вызовом. Мы добились решения этой задачи благодаря использованию уникальных свойств „жидкого света“, объединяющего в себе свойства как фотонов, так и электронов, что позволило создать оптический поляритонный универсальный вентиль».
Исследование поддержано грантом РНФ «Оптические латеральные логические вентили на основе поляритонных конденсатов в перовскитных пленках».
Источник:
https://naked-science.ru/

Ученые Института сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники (ИСВЧПЭ РАН), входящего в состав НИЦ «Курчатовский институт», экспериментально подтвердили новый метод увеличения эффективности фотопроводящих источников терагерцевого (ТГц) излучения. Они повысили в восемь раз повысили его мощность за счет линзы на основе сапфирового волокна. Об этом сообщили в пресс-центре института.
Генерация и детектирование ТГц-излучения активно применяют в медицине, системах связи и других важных сферах. ТГц-излучение, находящееся по диапазону между инфракрасным и микроволновым, поглощается биологическими тканями, хорошо проникает сквозь многие диэлектрические материалы (например, пластмассу, бумагу). Кроме того, ТГц-излучение безопасно для живых организмов, поэтому его можно применять в медицине как альтернативу рентгену, а также для проверки качества сельскохозяйственной продукции.
Ученые в последние годы создали варианты ТГц-излучателей и детекторов для разных областей применения. Однако общая проблема подобных устройств — низкая эффективность: только небольшая доля исходных импульсов преобразуется в излучение, большая часть энергии теряется в процессе. Поэтому повышение КПД этой аппаратуры является важной задачей.
Сотрудники НИЦ «Курчатовский институт» экспериментально подтвердили и модернизировали предложенный ранее метод увеличения эффективности источников терагерцевого излучения. На поверхность фотопроводящей антенны (ФПА), генерирующей ТГц-излучение, поместили оригинальную линзу, изготовленную из массива сапфировых волокон.
Ранее исследователи продемонстрировали, что такая линза создает значительный оптический контраст на границе с материалом ФПА. Сейчас же эксперимент показал, что за счет этого мощность ТГЦ-излучения, которое генерирует ФПА, возрастает в 8 раз.
«Мы подтвердили свои теоретические расчеты, причем для излучателей большой площади, которые используются для генерации интенсивных ТГц-импульсов. Это прежде всего спектрометры, которые широко применяют в разных областях — от научных исследований до сельского хозяйства, — рассказал Дмитрий Пономарев, инициатор работы, заместитель директора ИСВЧПЭ РАН. — Кроме того, мы усовершенствовали топологию самого излучателя таким образом, что расстояние между соседними электродами соответствует диаметру сапфирового волокна. Также мы предложили для размещения волокон новую оснастку, которая легко изготавливается аддитивными методами и позволяет расположить волокна с высокой точностью».
Результаты работы опубликованы в научном журнале Applied Physics Letters.

Подробнее:
https://наука.рф/

Физики совершили это открытие случайно во время изучения свойств золотых пленок, плавающих в растворе органических солей
Российские физики выяснили, что в растворах органических солей спонтанно могут возникать устойчивые структуры из металлических пленок под действием эффекта Казимира, взаимного притяжения между объектами в результате квантовых флуктуаций вакуума. Этот феномен можно применять для создания самособирающихся оптических резонаторов, сообщил в среду Центр научной коммуникации МФТИ.
"Взаимодействия между пленками приводят к формированию оптических резонаторов, "ящиков" для усиления света, который может делать что угодно - поглощать свет, перенаправлять, усиливать, захватывать. И чтобы его получить, нам не нужна никакая сложная нанофабрикация: просто берем раствор соли, золотые пленки, которые очень просто делаются, и они сами друг друга найдут и соберутся в "коробки" для света", - пояснил ведущий научный сотрудник МФТИ Денис Баранов, чьи слова приводит Центр научной коммуникации вуза.
Как отметил Баранов, физики совершили это открытие случайно во время изучения свойств золотых пленок, плавающих в растворе органических солей. В ходе этого эксперимента один из его участников, Баттулга Мукбат, обратил внимание на то, что в некоторых случаях пленки из металла прекращали хаотичное движение и сближались на очень небольшое расстояние и "застывали" друг над другом. В таком положении пленки могли существовать фактически неограниченное время, что заставило детально изучить их свойства.
Проведенные исследователями опыты и расчеты показывают, что подобное поведение пленок связано с двумя физическими феноменами, один из которых носит квантовую природу. Этот феномен, который физики называют эффектом Казимира в честь открывшего его нидерландского физика Хендрика Казимира, заставляет плоские объекты притягиваться друг к другу под действием квантовых флуктуаций вакуума.
В случае с золотыми пленками эффект Казимира заставляет их не слипаться в единую пластину, как это происходит с объектами в чистом вакууме, а сближаться на расстояние порядка 100-200 нанометров. Это связано с тем, что на поверхности пленок осаждаются положительно заряженные ионы из раствора солей, в результате чего электростатические взаимодействия между листами золота заставляют их отталкиваться друг от друга и образовывать устойчивые структуры, которые можно использовать в качестве оптических резонаторов.
Российские физики детально изучили процесс образования этих самособирающихся структур и подготовили теоретическое описание этого процесса, что в перспективе позволит управлять свойствами и структурой этих резонаторов, а также создавать более сложные устройства, состоящие не только из пленок золота, но и двумерных материалов. Их создание, а также разработка более сложных конструкций из трех или четырех слоев пленок, позволит использовать их не только для манипуляций светом, но и для управления химическими реакциями и решения других задач, подытожили исследователи.

Источник: https://nauka.tass.ru/

Физики МГУ вместе с коллегами впервые установили, что при охлаждении двумерных материалов, помещённых на диэлектрические метаповерхности, до 10 К можно в 100 раз усилить нелинейно-оптические эффекты. Результаты исследования опубликованы в журнале Q1 Nanophotonics.
Нелинейно-оптические эффекты играют важную роль в области оптических коммуникаций для модуляции передаваемой информации, увеличения пропускной способности волоконной линии связи и дальности передачи. Они являются основой работы лазерных установок для генерации новых частот света. Однако по своей природе эти эффекты относительно слабы, и для достижения больших величин необходимо брать макроскопические среды. Это существенно ограничивает дальнейшее развитие технологий и препятствует созданию миниатюрных устройств. Обнаруженный способ усиления генерации второй оптической гармоники открывает новые перспективы развития этого направления.
«Нелинейная нанофотоника предоставляет много возможностей для создания миниатюрных наноустройств повышенной эффективности, которые нам ещё предстоит реализовать», — отметил доцент кафедры нанофотоники Александр Мусорин.
В опубликованной работе было предложено взять атомарно-тонкий слой материала с квадратичной нелинейной восприимчивостью, расположить его на метаповерхности и поместить в криогенную камеру для охлаждения до гелиевых температур. Метаповерхность — упорядоченная структура диэлектрических нанодисков, поддерживающих возбуждение высокодобротных оптических резонансов. Охлаждение уменьшает неупорядоченное тепловое движение электронов и повышает нелинейно-оптические свойства двумерного материала — монослоя дихалькогенидна переходного металла MoSe2. Показано, что, изменяя угол падения излучения, можно добиться совпадения частоты резонанса метаповерхности с резонансом нелинейно-оптического материала. Методом нелинейно-оптической микроспектроскопии проводилось измерение сигнала удвоенной оптической частоты в зависимости от частоты излучения возбуждающего фемтосекундного лазерного импульса. Наблюдалось 20-кратное усиление интенсивности второй оптической гармоники при комнатной температуре. Если исследуемую систему охладить до 10 К, то в сравнении с монослоем без наноструктуры усиление достигает 100 раз.
Нелинейная нанофотоника — стремительно развивающаяся в последнее десятилетие область исследований, как в России, так и в мире. Открытия, сделанные в этой сфере, могут быть применены в оптоэлектронике, разработке сенсоров или для создания более компактных лазеров.
«Проведённый эксперимент можно смело отнести к научным работам мирового уровня. Это подтверждается тем, что результаты исследования опубликованы в одном из наиболее престижных рецензируемых журналов первого квартиля по оптике и фотонике Nanophotonics. Данные, полученные в ходе этой научной работы, могут быть использованы при создании источников излучения на фотонном чипе. Всё это стало возможным благодаря сплочёности коллектива, поддержке Программы развития МГУ и Российского научного фонда», — рассказал заведующий кафедрой нанофотоники физического факультета МГУ Андрей Федянин.
Работа является результатом международной кооперации трёх университетов: МГУ, Института исследований и проектирования материалов (Сингапур) и Технологического университета Сиднея (Австралия). Предсказание эффектов, численное моделирование и экспериментальное подтверждение были сделаны в Московском университете, а изготовление образца — зона ответственности зарубежных коллег.
Источник: https://new.ras.ru/