Физики из МГУ придумали интерферометр на основе многомодовой интерференции в полимерных волноводах. Новая разработка позволит создать и внедрить интегральные устройства на платформе блоховских поверхностных волн. Результаты работы опубликованы в журнале ACS Nano.

Интегральная фотоника — область, связанная с разработкой методов управления светом на микро- и наномасштабах, — сегодня активно развивается. Для управления светом в таких системах применяются несколько основных элементов, таких как как разветвители, мультиплексоры и фазовращатели. Сегодня физики уже отработали некоторые технологии интегральной фотоники, такие как «кремний на изоляторе» и «поверхностные плазмон-поляритоны». Такие чипы хорошо работают по большей части в инфракрасной области, но плохо применимы в видимом диапазоне излучения, так как имеют недостатки, связанные с поглощением и сложностью изготовления.

Не так давно для создания устройств интегральной фотоники ученые начали использовать платформы на основе блоховских поверхностных электромагнитных волн (БПВ) в многослойных структурах. Такая структура может работать в видимом оптическом диапазоне и позволяет разработать универсальный набор инструментов для применения в интегральной фотонике, лабораториях на чипе и в задачах оптической сенсорики.

Ранее российские исследователи из МГУ создавали обычные планарные волноводные структуры. Но теперь они смогли разработать продвинутые устройства интегральной фотоники на основе блоховских поверхностных волн. В новом исследовании авторы развили подход к созданию интегральных оптических разветвителей, фазовращателей и интерферометров, основанных на эффекте многомодовой интерференции (ММИ). В таких элементах при подаче сигнала на вход волновода внутри него возбуждаются оптические моды, которые интерферируют между собой и создают некоторое число копий входного сигнала.

Если правильно подобрать параметры волновода, то такие копии можно развести по разным выходам. Это позволит создавать сколь угодно сложные устройства с произвольным числом входов и выходов. Также, по словам исследователей, такие устройства являются элементами современных фотонных схем из-за своей компактности, низких потерь сигнала и широкого диапазона работы. Российские физики впервые показали и проанализировали механизм эффекта многомодовой интерференции блоховских поверхностных волн.

«Используя разработанный ранее уникальный комплекс с полным циклом создания и изучения образцов, мы смогли визуализировать многомодовую интерференцию, изучить ее свойства в зависимости от ширины волноводов и разработать разветвители и фазовращатели. На основании полученных результатов мы успешно изготовили интерферометры Маха — Цендера с фазовым сдвигом 0 и π, демонстрирующие контролируемую конструктивную и деструктивную интерференцию на выходе», — рассказал один из авторов статьи, научный сотрудник лаборатории нанооптики и метаматериалов МГУ Дмитрий Гулькин.