Отжиг позволил российским физикам "поймать" фотоны

Михаил Сумецкий из Астонского университета (Великобритания) и Никита Торопов из Университета ИТМО (Россия) предложили метод изготовления оптического микрорезонатора с рекордно высокой точностью. Погрешность размеров таких оптических подсистем у них в 100 раз меньше, чем при использовании лучших альтернативных методов. Отклонения от заданных размеров при этом существенно уступают размерам самого маленького атома. Новый способ получения микрорезонаторов может существенно продвинуть вперёд изготовление оптических систем хранения информации с помощью фотонов. Соответствующая статья опубликована в журнале Optics Letters.

Базовой частицей, использующейся в хранении и обработке информации с помощью света, является фотон. У него нет собственной массы покоя, и физически это значит, что его нельзя полностью остановить. Поэтому, чтобы использовать его для вычислений, нужно хотя бы временно "притормозить" частицу, резко замедлить её перемещение в пространстве. Для этого используют бутылочные резонаторы — утолщенные отрезки оптоволокна. "Горлышко" такой бутылки может быть меньше размера фотона, поэтому в округлом резонаторе кванты света могут довольно долго "кружить".

Меняя форму и размер резонатора, можно управлять поведением фотона, добиваясь необходимого времени его "хранения". Но на этом пути есть серьёзное препятствие — очень сложно сделать "бутылку", размеры которой измеряются в миллиардных долях метра (нанометрах). А малейшая неточность в её создании ведёт к тому, что фотон в "бутылке" начинает "глушить" сам себя — начинается интерференция, и хранившаяся с такой частицей информация может быть потеряна.

Сумецкий и Торопов решили эту проблему, принципиально изменив технологию получения "бутылочных" утолщений. Для этого они взяли отрезок оптоволокна и вместо того, чтоб создать на нём утолщение плавлением, применили лазерный отжиг. При таком методе кусок волокна медленно нагревается, недолго выдерживается при такой температуре, а затем медленно охлаждается. Из-за этого все напряжения и микродефекты, имевшиеся в волокне до отжига, после охлаждения и новой рекристаллизации уходят. Размеры отжигавшегося фрагмента чуть увеличиваются, и он становится утолщением необходимого диаметра в "бутылке".

Что важно, ошибка при производстве получаемых этим методом "бутылок" не превышает 0,17 ангстрем, или 0,017 нанометра. Это рекордная на сегодня величина. Обычно погрешности для микрорезонаторов измеряют в нанометрах, то есть новый способ в десятки раз точнее предшествующих, а его стандартная ошибка существенно меньше "размеров" атома водорода. К тому же в нём не используются вакуумные установки и травление небезопасными кислотами. В теории он должен быть недорогим и экологически безопасным в производстве.