Исследователи из США разработали оптическое устройство, где фотоны движутся без внешнего управления. Световой поток самостоятельно определяет маршрут, исключая необходимость в сложных коммутационных системах и электронных схемах, характерных для современных аппаратов.
Как сообщает SciTechDaily, специалисты по фотонике из Инженерной школы Виттерби Университета Южной Калифорнии представили первое в своем роде оптическое устройство нового поколения.
В отличие от традиционных оптических маршрутизаторов, требующих разветвленных систем переключения и электронных цепей, в этом приборе свет самостоятельно прокладывает путь, опираясь на термодинамические принципы, что упрощает процесс и повышает эффективность.
Метод самоорганизации световых потоков прокладывает дорогу для оптических технологий будущего. Такой подход способен кардинально повлиять на отрасль, делая оптические решения более органичными и производительными, а устройства — более мощными при меньшей сложности конструкции.
В системе, созданной в USC, свет не нуждается в регулировке или контроле. Он естественным образом проходит через устройство в две фазы — сначала происходит оптический аналог расширения, затем устанавливается тепловое равновесие. В результате фотоны самоорганизуются и направляются в нужный выходной канал без применения внешних управляющих элементов.
Ученые поясняют, что этот процесс напоминает поведение газа при расширении Джоуля-Томсона, когда происходит перераспределение давления и температуры перед достижением теплового баланса.
Исследователи сравнивают систему с самоорганизующимся лабиринтом для шарика. Обычно нужно вручную перемещать барьеры, чтобы направить шарик к цели, но здесь, независимо от точки старта, он автоматически достигает финиша — свет аналогичным образом находит верную траекторию без вмешательства извне.
Нелинейные многомодовые оптические системы обычно считаются хаотичными и трудно предсказуемыми, что делает их моделирование крайне сложной задачей для практического использования.
Специалисты Университета Южной Калифорнии обнаружили, что свет в таких системах проходит процесс, аналогичный достижению теплового равновесия (как газы при молекулярных столкновениях), и переосмыслили сложную теорию «оптической термодинамики», преобразуя хаос в управляемую систему.
«Кроме задач маршрутизации, эта архитектура может предложить принципиально новые методы управления светом, что важно для обработки данных, коммуникаций и исследований в области фундаментальной физики», — отметила ведущий автор работы Хедие М. Динани (Hediyeh M. Dinani), аспирант лаборатории оптики и фотоники Инженерной школы Виттерби USC.
«Ранее неразрешимая оптическая задача сегодня воспринимается как фундаментальное природное явление, способное трансформировать методы инженерного управления световыми потоками и прочими электромагнитными волнами», — отметил профессор электротехники и компьютерных наук Деметриос Христодулидес (Demetrios Christodoulides).
