В России разработан миниатюрный поляризатор для увеличения пропускной способности оптоволоконных сетей

Устройство разработано учёными «Сколтеха» совместно с коллегами из других российских научных организаций. Площадь прототипа составляет менее одной сотой квадратного сантиметра, что позволяет интегрировать его в фотонные микросхемы, трансиверы для высокоскоростной передачи данных и оптические вычислительные системы. Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда.

Управление поляризацией без механики

Работа устройства основана на способности материала GST обратимо переходить между кристаллическим и аморфным состояниями под воздействием нагрева. В каждом из этих состояний материал по-разному взаимодействует с проходящим светом, изменяя его поляризацию без применения вращающихся оптических элементов.

По словам руководителя исследования, доцента Центра инженерной физики «Сколтеха» Сергея Дьякова, это первый поляризатор, реализованный на основе GST.

Материал GST широко известен по использованию в перезаписываемых дисках Blu-ray и DVD, где фазовые переходы обеспечивают запись информации. Современные технологии позволяют переключать его состояние менее чем за одну микросекунду, чего уже достаточно для широкого круга фотонных приложений. Дополнительная оптимизация состава материала и системы теплоотвода позволит ещё больше увеличить скорость переключения.

Почему это важно

Поляризация света является одним из ключевых инструментов увеличения пропускной способности современных оптических каналов. Использование различных состояний поляризации позволяет передавать больше информации по одному и тому же оптоволокну без увеличения его физической пропускной способности.

Новый поляризатор способен эффективно работать сразу в обоих фазовых состояниях GST, причём каждому состоянию соответствует собственная поляризация. По сути, одно устройство совмещает функции двух различных поляризаторов.

Преимущество перед существующими решениями

Сегодня аналогичные устройства нередко создаются на основе диоксида ванадия (VO₂). Хотя оба материала обладают сопоставимым коэффициентом гашения — характеристикой, определяющей способность выделять нужную поляризацию света, — GST имеет важное преимущество.

Кристаллическое состояние диоксида ванадия существует только при температуре выше 65 °C, поэтому для его поддержания требуется постоянный нагрев и дополнительное энергопотребление.

В отличие от него GST сохраняет оба рабочих состояния без непрерывного подвода энергии, что делает устройство значительно более энергоэффективным. Кроме того, если большинство материалов выполняют функцию поляризатора лишь в одном фазовом состоянии, то GST сохраняет поляризационные свойства как в аморфной, так и в кристаллической фазе.

По мнению разработчиков, после дальнейшей оптимизации устройство сможет превзойти существующие технологии и найти применение в высокоскоростных оптоволоконных сетях, фотонных интегральных схемах, телекоммуникационном оборудовании и перспективных системах оптических вычислений.