Материал подготовила Виолетта Зыбина
Известно, что свет может передавать и обрабатывать цифровую информацию порой, лучше, чем электроника. Однако добиться этого с помощью классической оптики невозможно, поэтому модернизация оптики сегодня является весьма актуальным вопросом. Однако, зачастую, оптические системы уступают электронным приборам. Например, по сравнению с микрочипами, которые являются очень компактными, большинство оптических элементов массивные и их размеры порой уменьшить нельзя. В классической оптике трудно достичь интеграции с микроэлектроникой потому, что материалы и методы производства бывают несовместимы.
Сегодня микроэлектроника нуждается в новых оптических технологиях, в нанооптике. Нанооптика позволяет преодолеть практически все недостатки в методах классической оптики и стремится соответствовать сильным сторонам микроэлектроники. Как в микроэлектронике, и в отличие от оптики, она представляет собой набор комплексных строительных блоков, объединенных общим методом производства. Нанооптика принимает различные формы и работает на принципах, отличных от основной оптики. Нанооптические элементы состоят из множества наноструктур, произведенных в виде схем или внедренных непосредственно в материал. В зависимости от оптической функции, рабочей длины волны и требований производства, они выполняются из металлов, стекла, пластмассы и диэлектриков.
Эти структуры часто принимают форму ультратонкой дифракционной решетки с характерными размерами от десяти до сотен нанометров, что позволяет нанооптическим устройствам выполнять свои функции в очень тонких слоях, порядка микрона толщиной. Такие решетки не зря называют многофункциональными и перестраиваемыми. В их конструкции могут меняться: высота, ширина и период, она может быть одномерной или многомерной, а также велико разнообразие материалов, из которых их можно изготавливать.
Комбинируя и меняя указанные параметры, можно добиться не только основных свойств решетки, но и оптимизировать и настроить устройство, благодаря чему оно способно стать изотропным, более устойчивым к перепаду температур, к изменению рабочих длин волн.
Хотя концепция наномасштабных оптических элементов исследуется уже два десятилетия, поставить ее на коммерческое производство удалось совсем недавно. Для достижения некоторых экономических требований необходимы технологии похожие на производство полупроводников. Производство наноструктуры удовлетворяет этим требованиям, благодаря комбинированию печати и операций по производству полупроводников. Этот процесс называется нанолитографией. В нем процесс изготовления схемы получается без вмешательства электромагнитных волн, что обеспечивает отсутствие интерференции, дифракции и поляризации.
За счет повторного использования и возможности восстановления наноструктур, производство нанооптики легко и быстро окупаемо.
Нанооптика может быть применена, например, для создания ахроматической широкополосной волновой пластины нулевого порядка, которая обеспечивает равномерное деление длин волн. Это устройство значительно превосходит уже существующие многослойные, многомодовые технологии практически по каждому параметру, включая размер, прочность, монотонность и диапазон длин волн.
Например, создана четвертьволновая пластина для диапазона длин волн порядка 630-760 нм, которые используются в CD / DVD комбинированных проигрывателях. Это позволяет одному оптическому устройству работать сразу с двумя длинами волн. Важно и то, что в таких устройствах два оптических пути объединяются в один, чем обеспечивается лучшая и стабильная работа устройства, при более низкой себестоимости.
Интеграция нескольких нанооптических функциональных слоев в одном устройстве может дать еще большее преимущество перед отдельными функциональными слоями. Комбинируя подобные устройства с фоторегистраторами, создают высокоскоростные приборы обратной связи для определения поляризации и фазового состояния падающего света.
На основе нанооптических элементов может быть изготовлен переменный оптический аттенюатор - устройство для гашения мощности. Он создан из скрещенных пар поляризационных наноструктур, прослаивающих жидкокристаллическую решетку. Электрическое поле, пропускаемое через кристалл, будет заставлять вращаться его молекулы и тем самым контролировать частицы света, проходящие через жидкокристаллическую структуру.
Невероятно маленькая толщина поляризатора (порядка 2 мкм) объясняется тем, что он встроен непосредственно в жидкокристаллическую решетку. А на примере оптрона можно увидеть, как гибридная интеграция нанооптики может радикально упростить компоненты, а также уменьшить их.
Микроэлектроника заняла свое достойное место благодаря компактности, высокому уровню интеграции, соотношению достаточно низкой цены и высокого качества. Если посмотреть на микроэлектронику с точки зрения модернизации и практических «превращений», есть основания полагать, что нанооптика может претерпевать аналогичные изменения.
