Исследователи из Университета Астон создали новый тип оптических микрорезонаторов — крошечных устройств, которые удерживают и усиливают свет в микроскопических масштабах.

Такие резонаторы — ключевые компоненты в сверхточных датчиках, системах передачи данных и даже квантовых компьютерах.

Ученые обнаружили, что уникальные микрорезонаторы можно создать в месте пересечения двух оптических волокон.

Просто поворачивая волокна друг относительно друга, можно точно настраивать их свойства.

В отличие от традиционных монолитных резонаторов, эти устройства позволяют гибко управлять спектральными характеристиками.

Работу возглавил профессор Миша Сумецкий из Астонского института фотонных технологий. Исследование финансировалось Советом по инженерным и физическим наукам Великобритании. Результаты опубликованы в журнале Optica.

Профессор Сумецкий объясняет:

Эта технология открывает путь к миниатюрным и настраиваемым фотонным системам, которые раньше были недостижимы. Особенно перспективно это для лазерных генераторов частотных гребенок, перестраиваемых линий задержки и новых типов сенсоров.

Изначально микрорезонатор на пересечении волокон случайно обнаружила доктор Иша Шарма. Дальнейшие исследования показали, что даже небольшой поворот волокна (на доли градуса) меняет длину резонатора на миллиметры, а его спектральные свойства — на пикометры. При этом резонаторы сохраняют высокую добротность (Q-фактор до 2 миллионов), а в идеальных условиях могут достигать 100 миллионов.

Q-фактор (добротность) — это параметр, который показывает, насколько эффективно резонатор сохраняет энергию. Чем он выше, тем меньше потери света. Например, Q=10⁸ означает, что свет может циркулировать внутри резонатора миллионы раз почти без потерь.

Эксперименты подтвердили работу микрорезонаторов, а теоретическая модель основана на платформе SNAP (Surface Nanoscale Axial Photonics). Важную роль играют силы Ван-дер-Ваальса — они удерживают волокна в контакте, формируя резонатор на участке меньше миллиметра.

Эта система идеально подходит для микроэлектромеханических устройств (MEMS), — добавляет Сумецкий. — Она требует минимального усилия для настройки и открывает новые возможности в фотонике, сенсорике и квантовых технологиях.

Это исследование может привести к прорыву в нескольких областях:

• Связь: более компактные и точные оптические фильтры для телекома.
• Медицина: сверхчувствительные сенсоры для анализа жидкостей (например, детектирование болезней по капле крови).
• Квантовые технологии: стабильные резонаторы для кубитов.
  Но самое интересное — простота масштабирования. Если технология будет дешевой, ее внедрят быстрее, чем аналоги.

Пока неясно, как резонаторы поведут себя в реальных условиях: вибрации, перепады температур или загрязнения могут снизить их эффективность. Также нет данных о долговечности — силы Ван-дер-Ваальса слабые, и со временем волокна могут разъединяться.

Ранее физики открыли новый способ управлять светом.