Кванты света - фотоны - весьма вероятно, в недалеком будущем станут основой целого нового класса коммуникационных и вычислительных устройств. Но для этого необходимо научиться манипулировать светом желаемым образом. Ученые значительно продвинулись в данном направлении: научились манипулировать его скоростью, пускать по замкнутому контуру и т.д. Недавно группа Джона Джоаннопулоса (John Joannopoulos) из Массачусетского технологического института добилась нового успеха. Исследователи научились управлять цветом светового пучка с беспрецедентной 100-процентной эффективностью. До сих пор это удавалось делать, только пуская пучок света очень большой интенсивности (мощностью во много мегаватт и даже гигаватт) навстречу другому пучку. Но такой способ очень дорог, требует специального оборудования и не очень эффективен.

Метод, предложенный американскими учеными, заключается в пропускании ударной волны через так называемый фотонный кристалл - многослойный материал, который может отражать свет одних частот и пропускать свет других. Такие кристаллы, в частности, и используются для направления света по контурам подобно электрическому току.

Компьютерное моделирование, проведенное учеными, показало, что ударная волна деформирует фотонные кристаллы так, что, если, например, он пропускал красный и отражал зеленый свет, то под воздействием ударной волны он будет пропускать зеленый и отражать красный. Кроме того, при определенной структуре кристалла падающий свет может захватываться на границе ударной волны, как бы отскакивая от сжатой и несжатой частей кристалла как от зеркал. Движение ударной волны вызывает допплеровское смещение частоты света, причем, когда свет движется в том же направлении, что и ударная волна, частота падает, когда в противоположном - увеличивается. За время 10000 отражений (0,1 наносекунды) частота может меняться от видимой области спектра до инфракрасной. Создавая кристаллы определенной структуры, можно очень точно управлять частотой выходящего света. В настоящее время ученые готовят серию экспериментов для демонстрации этого совершенно нового эффекта.

Его применение, как ожидается, может быть самым разнообразным и неожиданным: от телекоммуникационных устройств до терагерцевых излучателей, которые могут со временем заменить рентгеноскопические аппараты в поликлиниках и больницах.

Сергей САНЬКО,
[email protected]

Результаты опубликованы в Physical Review Letters (Vol. 90, 203904, 2003). Препринт статьи на: ab-initio.mit.edu/photons/shocked_PC/shock_paper.pdf.