Теперь физики-прикладники из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) изобрели новый тип интерферометра, который позволяет точно контролировать частоту, интенсивность и режим излучения в одном компактном корпусе.

Называемый интерферометром каскадного режима, он представляет собой единый волновод на платформе "кремний на изоляторе", который может создавать несколько путей прохождения сигнала для одновременного управления амплитудой и фазой света - процесс, известный как формирование оптического спектра. Объединив механизмы для управления различными аспектами света в одном волноводе, устройство может быть использовано в передовых нанофотонных датчиках или встроенных квантовых вычислениях.

Исследование, опубликованное в журнале Science Advances, было проведено под руководством постдокторанта Цзиншенга Лу, который работает в лаборатории Федерико Капассо, профессора прикладной физики Роберта Л. Уоллеса и Винтона Хейса, старшего научного сотрудника в области электротехники. Федеральная поддержка работы включала премию № FA9550-23-1-0699 из Управления научных исследований военно-воздушных сил при. Устройства были изготовлены в Гарвардском центре наноразмерных систем при поддержке Национального научного фонда в рамках премии № ECCS-2025158.

"Концептуально это очень большой шаг вперед по сравнению с современным уровнем развития коммерческих высокоскоростных модуляторов, которые особенно используются для связи", - сказал Капассо.

Наиболее широко используемые такие устройства, известные как интерферометры Маха-Цендера, работают путем разделения луча света на два пути для переключения его выходного сигнала. Несмотря на их широкое применение, интерферометры Маха-Цендера имеют свои ограничения - они не очень хороши для одновременного контроля различных аспектов света. Сегодня для устранения этих ограничений требуется несколько интерферометров подряд, занимающих много места и ограничивающих количество проходящего сигнала.

Новый интерферометр в каскадном режиме представляет собой переосмысление устройства Маха-Цендера, интегрированного в однокристальный волновод. Вместо традиционного расщепленного луча новый интерферометр оснащен уникальным наноразмерным рисунком решеток, выгравированных в волноводе, которые управляют обменом энергией между различными модами света.

Это позволяет новому интерферометру управлять спектром проходящего через него света, точно регулируя интенсивность и характеристики различных цветов. Свет может проходить по-разному, или в поперечном направлении. Кроме того, устройство позволяет создавать точные, резкие цветовые линии или световые волны с отчетливыми чертами.

В статье команда не только демонстрирует возможности своего нового интерферометра, но и излагает теоретические основы для распространения физики устройства на множество различных режимов света.