Учени превърнаха капка течен кристал в оптичен транзистор за гъвкави оптични чипове

Традиционната фотоника (работата на електронни схеми на базата на светлинни импулси) използва практически същите материали като силициевата електроника. Това води до редица недостатъци, характерни за твърдотелната електроника. Ето защо новото направление под формата на гъвкава фотоника на базата на течни кристали в комбинация с полимери може да донесе много ползи в областта на производството на енергийно ефективни и едновременно с това високопроизводителни чипове.

Група учени от Университета в Любляна (Словения) разработи своеобразен оптичен транзистор от капка течен кристал и група пластмасови вълноводи. Такъв транзистор се изработва чрез най-проста манипулация. За целта е достатъчно с пипета да се вкара капка течност в рамката от вълноводи. В противен случай оптичният елемент в състава на чипа за силициева фотоника би изисквал цяла поредица от технологични процеси, нито един от които не би могъл да се похвали с екологична чистота.

Капката течен кристал, поставена от учените в рамка от полимерни оптични вълноводи, съдържаше флуоресцентен багрилен агент. След това те възбуждаха багрилния агент с лазерен импулс с много ниска мощност, предизвиквайки вътре в капката така наречения WGM резонанс. Мощността на светлинния импулс не беше достатъчна, за да могат фотоните да излязат от капката, и те се отразяваха многократно от стените ѝ (границата на разделяне на средите). В това се състоеше огромното предимство пред обичайната силициева фотоника, където светлинните импулси са с два порядъка по-мощни.

Втори светлинен импулс с друг цвят (и различна дължина на вълната), също с малка мощност създаваше ефект на усилване, получавайки допълнителна енергия от резониращите фотони. И този своеобразен оптичен превключвател излъчваше светлинен импулс със закъснение след приемането на първия импулс. При това продължителността на закъснението се определяше от момента, в който точно във системата беше подаден вторият импулс. Налице е възможност за управление на оптичния изход и при това с изключително малка мощност на сигнала, недостъпна за традиционната силициева фотоника.

Учените подчертават, че предимствата на меките полимерни материали се проявяват не само в радикалното намаляване на енергопотреблението – повече от 100 пъти в сравнение с предишните фотонни технологии, но и в простотата на производството на елементите на схемите.

Течният кристал може да бъде въведен в устройството за части от секундата при ниски температури, а полимерните вълноводи позволяват създаването на гъвкави и изключително необичайни геометрични форми, недостъпни за твърдия силиций. По този начин течните кристали разширяват пространството за появата на интересни инженерни решения, включително разнообразни форми на кухини и интеграция в сложни оптични схеми.

Въпреки че технологията все още не може да се съревновава със съвременните, тя полага основите за изцяло оптични логически вериги, фотонни процесори и невронни мрежи на бъдещето. Дългосрочните перспективи включват създаването на свръхбързи и свръхикономични изчислителни системи с минимални загуби на енергия. Като цяло меката фотоника обещава революция в оптичните технологии, съчетавайки простота на производството, гъвкавост и висока производителност.