Мікроскопічна схема на основі кремнію, здатна підсилювати без спотворень оптичний сигнал вдвічі, може в майбутньому стати елементом швидкісних маршрутизаторів і ретрансляторів в оптичних системах зв'язку, а також деталлю квантових комп'ютерів і різних логічних схем, що оперують фотонами замість електронів.
Пояснення в тексті. Джерело Gaeta Group / Cornell University
Це оригінальний пристрій створили Олександр Гаета (Alexander Gaeta), Мічел Липсон (Michal Lipson) і їх колеги з університету Корнелла (Cornell University).
Принцип, застосований в цьому підсилювачі, називається "змішування з чотирма хвилями". Полягає він у тому, що на вхід пристрою, до загального хвилевід, подається цільової оптичний сигнал (дивіться схему на малюнку в заголовку; 1, а також - сині стрілки), який потрібно посилити (саме він несе інформацію) і другий промінь - так званий "промінь накачування" (2, а також зелені стрілки), що трохи відрізняється від променя сигналу по частоті.
У хвилеводі прямокутного перетину (3), поперечні розміри якого можна порівняти з довжиною хвиль сигналу і накачування, і розраховані дуже точно, відбувається обмін енергією між вхідними променями.
В результаті кожні два фотона з променя накачування перетворюються в один фотон з довжиною хвилі сигналу і один фотон з довжиною хвилі, що дорівнює подвоєною довжині хвилі накачування мінус довжина хвилі сигналу.
Перший фотон приєднується до оригінального потоку сигналу, подвоюючи його потужність (4), а другий, по ідеї, більше не потрібен. Він так і називається - "холостий" (5, червоні стрілки). Однак цей невикористаний потік фотонів виявляється точною копією вихідного сигналу, але на іншій частоті, і, таким чином, його також можна задіяти, наприклад, для передачі інформації в іншу мережу з відмінною довжиною робочої хвилі.
Вчені з Корнелла довго експериментували з параметрами хвилеводу, прокладеного в товщі пластини з діоксиду кремнію. В результаті вони підібрали його перетин: 300 × 550 нанометрів (цікаво, що при трохи більшому або меншому поперечному перерізі процес змішування з чотирма хвилями взагалі не йшов).
При цьому виявилося, що підсилювач володіє широкосмугового (для оптичного пристрою такого типу) характеристикою - він відмінно справляється з сигналом, переданим на частотах від 1512 до 1535 нанометрів, а це, до речі, частоти (інфрачервоний діапазон), що використовуються в оптичних каналах зв'язку.