Физики из России встроят "лазерную" химическую лабораторию в смартфоны
Российские и швейцарские ученые разработали новую методику управления поведением света в особых кольцевых резонаторах, которая позволит создать сверхточные и компактные газоанализаторы и химические лаборатории, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Physics. "Для чего нужны такие устройства? Представьте себе, пара таких чипов будет встроена в ваш Samsung Galaxy 15. Вы подышите на них, и они скажут вам, чем вы больны и состав воздуха, которым вы дышите", — комментирует Михаил Городецкий, научный директор Российского Квантового Центра в Москве и профессор МГУ им. М.В. Ломоносова. Городецкий и его коллеги в начале этого года представили компактное устройство, фотонный чип, который позволяет получать лазерный луч с необычным спектром, похожим на гребенку, для чего обычно применяется сложная, громоздкая и дорогостоящая система лазеров. "Мы обнаружили, что даже в очень небольших оптических резонаторах могут самопроизвольно возникать очень стабильные световые импульсы, которыми можно управлятьтаким образом, перестраивая лазер, что останется только один из них. При этом за их свойствами мы можем следить в режиме реального времени, что очень удобно и повышает стабильность системы", — объясняет ученый. По словам физика, разработанная его группой технология позволит уменьшить этот прибор в "сто тысяч раз" – как отмечает ученый, классическое устройство такого типа представляет собой коробку метрового размера, а объем их компактного резонатора составит менее кубического сантиметра. Такие "гребенчатые" спектры интересны ученым и инженерам еще и потому, что они позволяют "конвертировать" сигналы из радиочастотной части спектра в оптический диапазон и наоборот, что поможет в разы улучшить точность GPS-приемников, часов, спектрометров и астрономических приборов. За открытие методики создания обычной "гребенки" при помощи лазеров Джон Холл и Теодор Хэнш получили нобелевскую премию по физике 2005 года. Основой этого прибора является так называемый микрорезонатор, который, если говорить просто, является диском или кольцом-"бубликом" из очень прозрачного материала, например, нитрида кремния или фторида магния, где свет будет двигаться по кругу, отражаясь от его стенок. При определенных условиях непрерывная волна превращается в набор очень коротких импульсов – солитонов, которые и дают стабильные гребенчатые спектры. Как рассказал Городецкий, международной научной команде удалось улучшить работу этого устройства, научившись следить за поведением импульсов света внутри него и управлять их движением, используя технологии, которые применяются сегодня в радиотехнике. Это позволило российским и швейцарским ученым добиться чрезвычайно высокой чистоты сигнала и при этом избежать вмешательства в движение импульсов по бесконечному "кольцу света". Очень качественные кристаллические микрорезонаторы научились делать в Российском квантовом центре. Они уже используются швейцарскими коллегами, которые высоко оценили их потенциал. Помимо химического анализа, такие "гребенки" и производящие их резонаторы можно применять для создания компактных инструментов для орбитальных обсерваторий и прочих спутников, куда установить "обычную" лазерную установку невозможно из-за ее размеров и энергоаппетитов.
