Компьютерра - Журнал Компьютерра №721

Серьезных успехов в изготовлении полых оптических волокон - фотонных кристаллов удалось добиться британским ученым из Университета Бата.

Предложенные на рубеже веков и активно исследуемые в последние годы полые оптические волокна обещают стать основой многих новых оптоволоконных устройств и даже сетей следующих поколений. В них свет распространяется не по стеклу или пластику, а в воздухе или любом другом газе центральной полости волокна. Это дает целый ряд потенциальных преимуществ. Поглощение света и нелинейные эффекты, мешающие увеличивать мощность импульсов, в газах гораздо слабее чем в стекле или пластике. Кроме этого в газе намного меньше дисперсия, то есть спектральная зависимость показателя преломления, которая ведет к разной скорости распространения света разных частот, а следовательно, к быстрому "размыванию" импульсов.

Но на самом деле все далеко не так просто. В обычном волокне свет удерживается за счет большего показателя преломления стекла по сравнению с воздухом или оболочкой. Хотя обычно в волокнах понятия геометрической оптики неприменимы, очень грубо можно считать, что это происходит за счет полного внутреннего отражения лучей света, движущихся почти параллельно поверхности волокна.

В полых волокнах ситуация совсем иная. В них свет удерживается за счет того, что пустая центральная область окружается похожей на соты регулярной пористой структурой со свойствами фотонного кристалла. В таком кристалле размеры сот выбираются так, чтобы световые волны в заданном спектральном диапазоне гасили друг друга и не могли покинуть центр волокна.

Но развитая поверхность внутри таких волокон создает дополнительные проблемы. Возникают так называемые поверхностные моды электромагнитных колебаний, которые могут попасть в рабочий диапазон и привести к сильному затуханию света. Коме того, фотонные кристаллы серьезно страдают от "утечек" электромагнитной энергии за счет туннелирующих фотонов. Есть и другие комбинированные потери. Так что пока в полых волокнах свет затухает гораздо сильнее, чем в обычных. Но над их совершенствованием активно работают. И сегодня полым волокнам нет равных там, где необходимо передавать излучение большой мощности и без малости нелинейных эффектов не обойтись.

Разумеется, полое волокно изготовить гораздо сложнее обычного. Как правило, их получают по технологии "сложи и вытяни". Необходимую ажурную структуру набирают из стеклянных полос, труб и стержней. Затем ее нагревают и медленно вытягивают, так чтобы не разрушить конструкцию и получить из основы диаметром порядка несколько сантиметров волокно диаметром в доли миллиметра. Из одной заготовки получается волокно длиною несколько километров.

В новом технологическом процессе скорость получения волокна удалось значительно увеличить за счет оптимизации исходной структуры и применения двухстадийного процесса вытягивания. Ученые изготовили волокна для работы в обычном диапазоне телекоммуникационных сетей близ 1550 нм и для ряда других длин волн. Но несмотря на рекордные результаты новые волокна пока не могут конкурировать с обычными по затуханию. Их можно использовать лишь для передачи ультракоротких импульсов и мощных потоков излучения. ГА

Интересное цифровое микрозеркальное устройство продемонстрировала корпорация Nikon на очередной Международной конференции IEEE по микроэлектромеханическим системам (MEMS). Матрица, предназначенная для новой технологии массового производства полупроводниковых устройств, бьет все рекорды скорости.

В Nikon предполагают, что в фотолитографическом процессе следующего поколения слой фоточувствительного материала на полупроводниковой пластине будет засвечиваться не через теневую маску, а непосредственно, отражаясь от микромеханических зеркал (вроде тех, что сейчас используются в проекторах). Эта технология обещает существенно ускорить и удешевить массовое производство некоторых полупроводниковых приборов, остается только создать достаточно быстрые микромеханические зеркала с приемлемым разрешением и приемлемой суммарной площадью.

Новое устройство усеяно расположенными встык ромбиками - микрозеркалами из алюминия площадью по 16 кв. мкм. Каждый ромбик соединен с гибкой верхней пластиной миниатюрного конденсатора, которая тоже изготовлена из тонкого слоя алюминия, покоящегося между двумя слоями нитрида кремния. Нижняя пластина этого конденсатора расположена на подложке на расстоянии всего 250 нм под верхней. Если на обкладки конденсатора подать напряжение, то верхняя пластина притянется к нижней, прогнется и отклонит прикрепленное к ней зеркальце. Время переключения определяется временем затухания колебаний в новом положении этой механической системы, резонансная частота которой достигает 1,7 МГц. Для затухания колебаний на этих масштабах хватает вязкости увлекаемого пластинами и зеркальцем воздуха: на все про все уходит лишь три микросекунды. Конкурирующим устройствам требуется на это больше десяти микросекунд. ГА

В этом году лауреатами престижной премии Вольфа по химии стали американские ученые: Уильям Морнер (William Moerner) из Стэнфордского университета и Аллен Бард (Allen Bard) из Техасского университета в Остине.

Премия Вольфа в размере ста тысяч долларов присуждается с 1978 года одноименным фондом, учрежденным в 1976 году дипломатом и изобретателем Рикардо Вольфом (1887–1981) и его женой Франциской. Этой награды ежегодно (иногда с перерывами) удостаиваются ученые (математика, физика, химия, медицина, сельское хозяйство) и деятели искусства (живопись, музыка, архитектура, скульптура) "за достижения на благо человечества и укрепление мира". Премия вручается президентом Израиля (в этом году Шимоном Пересом) на специальной церемонии Кнессета (парламента Израиля) в Иерусалиме. Лауреаты премии отбираются международным комитетом, который формируется заново каждый год. По своему значению премия Вольфа нередко считается второй после Нобелевской.

Нынешние лауреаты получили эту почетную награду за работы в области экспериментального исследования поведения одиночных молекул. В частности, Морнер является пионером в разработке технических основ детектирования отдельных молекул спектральными методами в конденсированной (то есть не газовой) фазе. Бард решил ту же задачу электрохимическими методами. Эти техники "наблюдения" дают возможность прослеживать поведение отдельных молекул в реальных условиях (например, внутри живой клетки), что предоставляет ученым ценнейшую информацию о возможном механизме протекания химических реакций, которую чрезвычайно трудно, а подчас и невозможно получить в стерильном окружении "обычного" эксперимента. Кроме того, методы Морнера-Барда наверняка найдут применение в физике (например, при исследовании дефектов в кристаллах) и аналитической химии.