Традиционная фотоника — работа электронных схем на основе световых импульсов — использует практически те же материалы, что и кремниевая электроника. Это влечёт за собой массу недостатков, свойственных твердотельной электронике. Поэтому новое направление в виде гибкой фотоники на базе жидких кристаллов в сочетании с полимерами способно принести много выгод в область производства энергоэффективных и одновременно производительных чипов.
Так, группа учёных из Люблянского университета (Словения) разработала своего рода оптический транзистор из капли жидкого кристалла и группы пластиковых волноводов. Такой транзистор изготавливается в процессе простейшей манипуляции. Для этого достаточно внести пипеткой каплю жидкости в каркас из волноводов. В ином случае оптический элемент в составе чипа для кремниевой фотоники потребовал бы целой серии технологических процессов, ни один из которых не мог бы похвастаться экологической чистотой.
Помещённая учёными в каркас из полимерных оптических волноводов капля жидкого кристалла содержала флуоресцентный краситель. Затем они возбуждали краситель лазерным импульсом очень малой мощности, вызывая внутри капли так называемый WGM-резонанс. Мощности импульса света не хватало фотонам, чтобы выйти из капли, и они многократно отражались от её стенок (границы раздела сред). В этом было огромное преимущество перед обычной кремниевой фотоникой, где импульсы света на два порядка мощнее.
Второй импульс света другого цвета (иной длины волны) также малой мощности создавал эффект усиления, поучая дополнительную энергию от резонирующих фотонов. И этот своеобразный оптический переключатель испускал импульс света с задержкой после приёма первого импульса. Причём длительность задержки определялась тем, когда именно в систему был подан второй импульс. На лицо возможность управления оптическим выходом и при этом с предельно малой мощностью сигнала, недоступной для традиционной кремниевой фотоники.
Учёные подчёркивают, что преимущества мягких полимерных материалов проявляются не только в радикальном снижении энергопотребления — более чем в 100 раз по сравнению с предыдущими фотонными технологиями, но и в простоте изготовления элементов схем. Жидкий кристалл можно ввести в устройство за доли секунды при низких температурах, а полимерные волноводы позволяют создавать гибкие и крайне необычные геометрические формы, недоступные для жёсткого кремния. Тем самым жидкие кристаллы расширяют пространство для появления интересных инженерных решений, включая разнообразные формы полостей и интеграцию в сложные оптические схемы.
Хотя технология пока не конкурирует с современными нейронными сетями на кремнии, она закладывает фундамент для полностью оптических логических вентилей, фотонных процессоров и нейронных сетей будущего. Долгосрочные перспективы включают создание сверхбыстрых и сверхэкономичных вычислительных систем с минимальными потерями энергии. В целом мягкая фотоника обещает революцию в оптических технологиях, сочетая простоту производства, гибкость и высокую производительность.
Источник
