Для удерживания света внутри современных фотонных систем обычно используются резонаторы на основе металла и диэлектриков. Поскольку металлы имеют свободные электроны, в металлических резонаторах неизбежны сильные потери, что ограничивает время жизни оптической моды (период, который свет проводит внутри резонатора) и снижает прикладную ценность устройств фотоники.

Исследователи из университета ИТМО (Россия) и Центра нелинейной физики Австралийского национального университета нашли новый способ улучшения эффективности оптических резонаторов. Для этого они создали структуру, в которой входящий свет порождает две волны с одинаковой частотой, но с разными фазами. В этом случае между ними возникает интерференция, подавляющая исходящие световые волны — излучательная утечка энергии из системы становится невозможна.

Теоретически подобные состояния, названные связанными состояниями в континууме, могут существовать только в резонаторах бесконечной длины, изготовленных из материалов, не поглощающих свет. Разумеется, авторы не смогли создать такой идеальный резонатор, но они постарались максимально приблизиться к нему, что позволило существенно улучшить длительность локализации света в системе.

«Наш резонатор не позволяет фиксировать свет постоянно, поскольку он не обеспечивает идеальную интерференцию. Однако мы можем значительно подавить утечку энергии и, следовательно, задерживать свет в десять раз эффективнее, чем обычные резонаторы сопоставимых размеров», — заявил доктор Михаил Рыбин из ИТМО, первый автор статьи, размещённой в Physical Review Letters.

Такой эффект обеспечивает резонатор, выполненный из кремния в виде цилиндра длиной примерно 400 нм (меньше длины волн видимого света) и с определённым соотношением высоты к радиусу. Миниатюрные размеры резонатора, по словам авторов, позволяют разместить на лазерном чипе больше источников света, что делает лазер мощнее, а его конструкцию — проще.

Другим потенциальным приложением может стать преобразование частот: очки с линзами, покрытыми слоем таких нанорезонаторов, позволят видеть в темноте (в инфракрасном спектре).