Nowe badanie wyjaśnia ultraszybką dynamikę
Ultrakrótkie impulsy optyczne stanowią coraz ważniejsze narzędzie w takich dziedzinach, jak komunikacja, nauki medyczne i inżynieria, w których wymagana jest wyjątkowa precyzja. Niezależnie od tego, czy jest to zdolność do dostarczania niezwykle wysokiej mocy chwilowej, czy czas trwania, który sprawia, że te impulsy są krytyczne dla aplikacji, zdolność do charakteryzowania ich dynamiki pola elektrycznego w czasie lub częstotliwości zwiększy niezawodność obecnych ultraszybkich technik optycznych. Tu zaczyna się rola finansowanego ze środków UE projektu INCIPIT. Biorąc pod uwagę kluczową rolę ultrakrótkich impulsów optycznych w systemach fotonicznych, zespół skoncentrował się na przeprowadzaniu nowych rodzajów eksperymentów i opracowywaniu urządzeń do określania charakterystyki impulsów, które są potencjalnie bardziej wszechstronne i wydajne w porównaniu z aktualnie dostępnymi rozwiązaniami. Oddziaływanie światło-materia w zintegrowanej fotonice Impulsy optyczne można scharakteryzować za pomocą różnych parametrów, takich jak czas trwania impulsu, kształt czasoprzestrzenny, energia i koherencja. Mimo że w ostatnich latach techniki ultrakrótkiego pomiaru impulsów znacznie się rozwinęły, nadal istnieje duże pole do udoskonaleń. Ponadto konwencjonalna aparatura do określania charakterystyki impulsów jest również zwykle nieporęczna i w wielu przypadkach opiera się na częściach ruchomych. „Precyzyjne i wszechstronne techniki i urządzenia do pomiaru ultrakrótkich impulsów, które są co najmniej tak samo skuteczne, jak generowanie ultrakrótkiego impulsu, mają decydujące znaczenie dla badań nad interakcją światła i materii w nauce i technologii podstawowej”, zauważa profesor Marco Peccianti. Sterowanie interakcją światło-materia w strukturach fotonicznych, takich jak falowody, rezonatory i interferometry, ma podstawowe znaczenie, między innymi, dla układów scalonych nowej generacji. „Wykorzystanie zintegrowanych układów fotonicznych pozwala zmniejszyć rozmiar i zużycie energii przez urządzenia optyczne oraz zwiększyć ich niezawodność, a jednocześnie umożliwić korzystanie z nowych funkcji”, mówi dr Benjamin Wetzel. W ramach projektu INCIPIT prace teoretyczne i eksperymentalne były ukierunkowane na badanie oddziaływań optycznych między ultrakrótkimi impulsami propagującymi się w fotonicznych falowodach w zintegrowanych układach fotonicznych. Nowe prototypy i podejścia do układów fotonicznych okazały się obiecującym narzędziem w przypadku bardzo krótkich impulsów, pozwalającym naukowcom na określanie ich natury przy jednoczesnym wyeliminowaniu kluczowych nieporęcznych elementów. Ogólnie rzecz biorąc, działania naukowców doprowadziły do postępu w szerokim spektrum obejmującym demonstrowanie i kontrolę nowych optycznych stanów kwantowych, eksperymentalne generowanie i charakteryzowanie szczególnych i nieuchwytnych rodzajów impulsów optycznych, jak również rozwój nowych źródeł optycznych. Do godnych uwagi osiągnięć należy wykonanie na chipie optycznego grzebienia częstotliwości, dwuchromatycznego optycznego oscylatora parametrycznego oraz lasera z synchronizacją modów o rekordowo niskiej szerokości pasma widmowego. Ultraszybkie komputery i sieci optyczne Wraz z rozwojem coraz bardziej zminiaturyzowanych tranzystorów, wzrost szybkości i mocy obliczeniowej idzie w parze z redukcją rozmiarów urządzeń. Układy fotoniczne kompatybilne z obecnymi platformami elektronicznymi, które wykorzystują ultrakrótkie impulsy o czasie trwania femtosekundy, mogą znacząco zwiększyć moc obliczeniową i szybkość przyszłych systemów fotonicznych i kwantowych, a także przybliżyć przyszłe sieci optyczne do osiągnięcia niewiarygodnie wysokich prędkości przesyłu danych. Uczestnicy projektu INCIPIT dzielili się wiedzą ze środowiskiem naukowym poprzez publikacje w recenzowanych czasopismach oraz prezentacje na konferencjach.
Słowa kluczowe
INCIPIT, ultrakrótkie impulsy optyczne, układ fotoniczny, zintegrowana fotonika, kwalifikacja impulsów, ultraszybka dynamika, ultraszybkie komputery
