Учени от САЩ опровергаха отдавнашното правило в оптиката „едно устройство – една функция“, което ограничаваше възможностите за разработване и мащабиране на светлинните технологии. Те създадоха първия в света програмируем нелинеен фотонен вълновод – устройство на един чип, способно да превключва между няколко оптични функции. Разработката отваря нова страница в изследванията на оптичните и квантовите изчисления, комуникациите и източниците на светлина.

Стандартните фотонни устройства могат да изпълняват само една функция, определена на етапа на производството. Всяка нова задача изисква отделно устройство, което повишава цената и сложността на работата, както и увеличава количеството производствен брак, пише IE.

Новият програмируем нелинеен вълновод нарушава тази традиция. Неговите оптични свойства, създадени на базата на нитридно-силициево ядро, могат да се променят динамично, като се проектират структурирани светлинни модели върху чипа. Тези модели създават програмируеми области на оптична нелинейност, които незабавно определят какво прави устройството при преминаване от една функция към друга. При прожектиране на различни светлинни модели устройството може да изпълнява редица нелинейно-оптични задачи, използвайки една и съща физическа структура.

Използвайки този подход, екип от учени от NTT Research, Корнелския и Станфордския университет демонстрира произволно формиране на импулси, настройваемо генериране на втора хармоника, холографско генериране на пространствено-спектрално структурирана светлина и обратно изчисляване на нелинейно-оптични функции в реално време.

„Този пробив фундаментално променя принципите на работа на нелинейните фотонни устройства“, каза Рьотацу Янагимото, ръководител на изследванията. — За първи път е открит пътят към прилагането на нелинейната оптика в мащабни оптични схеми, реконфигурируеми квантови преобразуватели на честотата, синтезатори на произволни оптични сигнали и настройваеми класически и квантови източници на светлина.“

Според доклада на IDTechEx, до 2035 г. годишният приход на пазара на фотонни интегрални схеми може да надхвърли 50 млрд. долара. Възможността за програмиране на фотонните устройства след производството им може значително да намали разходите за научноизследователска и развойна дейност и производство, като същевременно повиши производителността на готовите продукти. А появата на по-компактни и енергийно ефективни оптични системи трябва да ускори напредъка в квантовите изчисления и да повиши ефективността на 5G и 6G комуникационните системи.