Исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции (Chalmers University of Technology) разработали усилитель лазерного луча, который по обычным оптическим линиям связи способен передать в 10 раз больше данных, чем современные передатчики. Решение представляет собой каскад волноводов спиральной формы, а весь процесс усиления сводится к базовым свойствам нелинейной оптики.

Источник изображения: Chalmers University of Technology

Скорость фотонов ограничена скоростью света в среде, и отправить их быстрее для увеличения скорости передачи данных — это бросить вызов нашей Вселенной. Природу можно обмануть расширением полосы передачи, но за годы использования оптики, казалось бы, инженеры выжали из неё всё.

Учёные из Швеции разработали инженерное решение, способное в масштабах чипа увеличить полосу пропускания от стандартного лазерного источника света с 30 нм до 300 нм. Для этого они воспользовались так называемым четырёхволновым смешивание (Four-Wave Mixing, FWM). Это нелинейный оптический процесс, при котором четыре электромагнитные волны с различными частотами взаимодействуют в среде с сильной нелинейностью: в оптических волокнах, кристаллах или других нелинейных средах. Этот процесс приводит к генерации новых волн с частотами, которые являются комбинациями частот исходных волн.

За счёт образования фотонов с новыми длинами волн ширина полосы пропускания увеличивается. Это всё было хорошо известно до появления новой разработки. Исследователи из Швеции смогли миниатюризировать схему, воссоздав её на нитриде кремния. Схема представляет собой каскад волноводов спиральной формы. Спирали дают возможность увеличить путь фотонов на предельно малой площади, что необходимо для завершения всех необходимых преобразований для появления фотонов с расширенным спектром длин волн. Тем самым можно значительно увеличить число каналов усиления на небольшом участке чипа.

Источник изображения: Nature 2025

В своём исследовании учёные показали работу усилителя в диапазоне длин волн от 1400 до 1700 нм — коротковолновый инфракрасный диапазон. Следующим этапом исследования станет проверка работы в других диапазонах длин волн, таких как видимый свет (от 400 до 700 нм) и более широкий диапазон инфракрасного света (от 2000 до 4000 нм).

Согласно заявлению, новый усилитель имеет множество потенциальных областей применения, включая медицинскую визуализацию, голографию, спектроскопию и микроскопию. Миниатюризация технологии может также сделать лазеры для световых приложений более компактными и доступными по цене.

«Небольшие изменения в конструкции позволят усиливать также видимый и инфракрасный свет, — поясняют разработчики. — Это означает, что усилитель можно будет использовать в лазерных системах для медицинской диагностики, анализа и лечения. Большая полоса пропускания позволяет проводить более точный анализ и визуализацию тканей и органов, что способствует более раннему выявлению заболеваний».

Калифорнийский стартап xMEMS, создавший уникальные твердотельные ультразвуковые кулеры и динамики, предложил оригинальное решение для охлаждения оптических трансиверов. Современные высокопроизводительные трансиверы для передачи данных на скоростях от 800 Гбит/с до 1,6 Тбит/с вырабатывают до 18 Вт тепла и больше, которое крайне сложно отводить из перегруженных серверных стоек. Компактный твердотельный кулер может решить эту проблему лучшим образом.

XMC-2400 µCooling. Источник изображения: PCWorld/YouTube

С самого начала компания xMEMS разрабатывала твердотельные динамики для наушников, смартфонов и другой компактной электроники. В прошлом году она представила новую продукцию — твердотельные кулеры, не имеющие механических частей. Кулеры работают по схожему с динамиками принципу: крошечные MEMS-элементы создают давление в процессе колебаний мембран и отводят нагретый воздух в сторону от устройства. Интенсивного отвода тепла от таких устройств можно не ожидать, но для 5–18 Вт это удобное решение.

Источник изображений: xMEMS

Оптические трансиверы оказались перспективным направлением для интеграции с твердотельными кулерами xMEMS. В трансиверах сильнее всего нагреваются цифровые сигнальные процессоры (DSP). Инженеры xMEMS создали конструкцию системы воздушного отвода тепла от DSP с использованием фирменных MEMS-элементов.

Нагретый воздух отводится по каналам под платой трансивера, не загрязняя пылью оптику и позволяя далее наиболее простым образом отводить нагретый воздух из стоек. С учётом роста числа соединений на стойку, что подстегнуло спрос на ЦОД и искусственный интеллект, индивидуальное охлаждение каждого оптического трансивера твердотельными кулерами, которые не требуют обслуживания, представляется едва ли не идеальным решением.

Распределение температуры воздушного потока от твердотельного кулера под трансивером

Компактные размеры xMEMS µCooling — всего 9,3 × 7,6 × 1,13 мм — и масштабируемая архитектура делают его перспективным выбором для модульного развёртывания широкого спектра сетевых соединений, включая QSFP-DD, OSFP и будущую подключаемую оптику.

Учёные из Технологического университета Эйндховена (TU/e) установили беспроводной инфракрасный канал связи на расстоянии 4,6 км и передали по нему данные со скоростью 5,7 Тбит/с. Это — самая высокая скорость беспроводной оптической передачи в городских условиях, которой можно найти ценное практическое применение. Например, для беспроводного подключения к существующим сетям антенн 5G и 6G в условиях отсутствия кабельной инфраструктуры и не только.

Источник изображения: Vincent van Vliet

Высокоскоростное соединение было установлено между кампусом TU/e на севере и кампусом High Tech Campus (HTC) на юге Эйндховена (в своё время построенным компанией Philips). Используя разработанные компанией Aircision (местным поставщиком телекоммуникационного оборудования) передовые оптические антенны, система применяет так называемую оптическую связь в свободном пространстве (FSO). Этот метод позволяет передавать данные с помощью сфокусированных инфракрасных лучей, обеспечивая сверхбыструю беспроводную связь без помех, не полагаясь на традиционные кабели или радиосигналы.

Впрочем, инфракрасные каналы воздушной связи, в отличие от радиоканалов или проводных оптических линий, всё же подвержены помехам и особенно — воздействию окружающей среды. Поэтому оптическая инфракрасная связь нецелесообразна для передачи данных на большие расстояния, а также в тех случаях, когда связь не должна прерываться ни при каких обстоятельствах. Таким образом, высокоскоростные инфракрасные воздушные каналы оправданы для передачи данных на дистанциях в пределах нескольких километров и в сочетании с другими, более надёжными каналами связи.

Также следует понимать, что для создания подобного канала с рекордной скоростью передачи данных необходимо использовать довольно сложное и дорогостоящее оборудование с системой фокусировки лучей и приёмом света в точке получения данных. Исследователи в своей работе использовали комплекс научной и испытательной аппаратуры университета, предназначенной для проверки технологий связи. Для массового внедрения нужно решение гораздо проще и дешевле. Например, компактные — высотой всего 13 мм — инфракрасные приёмопередатчики, разработанные дочерней компанией Alphabet под названием Taara. Но это будет уже другая история.

Дальнейшее развитие оптических технологий требует новых подходов в эпоху расцвета нейронных систем. Свойства света способствуют первичной обработке визуальной информации непосредственно в оптоволокне, что заставляет учёных искать способы воплотить такие механизмы на практике. О прорыве в этой сфере сообщили китайские учёные, которые сумели встроить оптическую нейронную сеть в торец оптоволокна для передачи изображений без искажений.

Источник изображения: USST

Исследователи из Шанхайского университета науки и технологий (USST) опубликовали в журнале Nature Photonics статью, в которой рассказали о разработке технологии передачи изображений по оптоволокну для малоинвазивного эндоскопа. Учёные работали с многомодовым оптоволокном (MMF) как с более ёмким каналом, имеющим толщину с человеческий волос. Однако из-за склонности MMF к рассеиванию пришлось разработать ряд решений для его уменьшения. При этом высокая пропускная способность MMF рассматривалась как критически важный инструмент в таких областях, как квантовая информация и микроэндоскопия.

В настоящее время компенсацию модовой дисперсии (рассеивания) осуществляют с помощью искусственных нейронных сетей и пространственных модуляторов света, однако эти методы дают лишь ограниченный успех в восстановлении искажённых изображений после их передачи по многомодовому оптоволокну. Учёные из USST поставили перед собой задачу преодолеть этот барьер, предложив принципиально новый подход.

Исследователи разработали и интегрировали в дальний конец 35-сантиметрового оптоволокна многослойные оптические дифракционные нейронные сети. Внешне они представляют собой специально протравленные прозрачные пластинки, в которых свет преломляется определённым образом, фактически выполняя простейшие вычислительные операции со скоростью света. Такое решение позволяет обрабатывать оптическое умножение матриц и реализовывать больше связей в нейронных сетях без использования электрических схем. Это открывает возможности для таких задач, как оптическая классификация изображений, дешифрование и обнаружение фазы.

Источник изображения: Nature Photonics 2025

Пластинки многослойных оптических дифракционных нейронных сетей были изготовлены со сторонами 150 мкм. Они позволили считывать и передавать по оптоволокну оптические изображения со сторонами 65 мкм с разрешением 4,9 мкм. В частности, учёные продемонстрировали способность системы различать группы клеток HeLa, не включённых в процесс обучения. При этом система обеспечивала высококачественную оптическую реконструкцию изображения, что подчёркивает потенциал интеграции миниатюризированных дифракционных нейронных сетей с многомодовым оптоволокном. Это создаёт беспрецедентную платформу для оптического вывода в микронном масштабе, прокладывая путь к созданию многофункциональных компактных фотонных систем, применимых в медицине, науке и квантовой фотонике.

Международная группа учёных впервые показала возможность простой реализации так называемого отрицательного преломления света, когда свет при переходе через границу разделения сред вопреки всем законам оптики преломляется в иную сторону. Это не чудо. Явление было теоретически обосновано около 60 лет назад. Но для его реализации использовались метаматериалы, что сложно и работает не до конца. Учёные доказали, что всё может быть намного проще.

Источник изображения: Lancaster University

Как известно, свет — фотоны — взаимодействуют с веществом в основном посредством электрической составляющей, а не магнитной. Фотоны определённой длины волны поглощаются электронами в атомах, электроны переходят на новый энергетический уровень и затем уже возбуждённые испускают фотоны, возвращаясь в прежнее состояние, а фотоны летят дальше в направлении, предписанном им природой.

Коллектив учёных из британского Университета Ланкастера (Lancaster University) и японской NTT Basic Research Laboratories атом за атомом создал такое состояние кристаллической структуры, в которой за взаимодействие с фотонами отвечал коллектив атомов, а не каждый отдельный из них, как в природе. В связь со светом вступала фактически чистая кристаллическая решётка — некий материал, а не метаматериал — конструкт, подверженный дефектам и эффектам поглощения излучения с переводом его в тепло и сопутствующими потерями. Очевидно, новый метод со всех сторон выигрышный, хотя его реализация не так проста, как представляется на первый взгляд.

По сути, речь идёт о создании атомных матриц. Они создаются под строгим контролем и управлением, обеспечивая всегда один и тот же результат. В поставленном опыте исследователи выстраивали атомы в условную периодическую кристаллическую решётку, захватывая их в ловушки стоячей волной светового излучения. Учёные описали это как «коробку из-под яиц», сделанную из света.

Профессор Янне Руостекоски (Janne Ruostekoski) из Университета Ланкастера сказал: «В таких случаях атомы взаимодействуют друг с другом через световое поле, реагируя коллективно, а не независимо. Это означает, что реакция отдельного атома больше не является простым руководством к поведению всего ансамбля. Вместо этого коллективные взаимодействия приводят к появлению новых оптических свойств, таких как отрицательное преломление [света], которые невозможно предсказать, исследуя отдельные атомы индивидуально».

Привлекательность отрицательного преломления света заключается в его потенциально революционных применениях, таких как создание совершенных линз или суперлинз, способных фокусировать и получать изображения за пределами дифракционного предела, включая полупроводниковую литографию с разрешением менее нанометра, или разработка маскирующих устройств, которые делают объекты невидимыми.

Учёные из Массачусетского технологического института обнаружили материал, который под действием света на время переходит в новое метастабильное состояние. Такое свойство открывает путь к новому типу записи и хранения данных, что востребовано при поиске более ёмких и плотных носителей для будущего. Такие носители необходимы всегда, и эта нужда будет вечно сопровождать человека.

Источник изображения: MIT

Исследователи подчёркивают, что они не стали первооткрывателями фотоиндуцированных фаз в тех или иных материалах. Такие открытия давно сделаны для сегнетоэлектриков, магнитных материалов и даже для сверхпроводящих. Однако во всех предыдущих работах вновь приобретённые чудесные свойства исчезали, как только выключали источник света. В новой работе, которая исследует свойства соединения железа, фосфора и серы, FePS₃, показано, что магнитные свойства можно изменять по команде, и в новом состоянии материал будет оставаться стабильным без внешнего воздействия на протяжении 2,5 мс.

Может показаться, что это очень небольшой промежуток времени. Но для квантового мира, отмечают исследователи, это бездна времени, что способно привести к новым технологиям как в сфере квантовых вычислений, так и для классических вычислений. Например, сегодня становится всё труднее уменьшить размер области намагничивания на пластине жёсткого диска, для чего уже используется нагрев лазером или микроволновое излучение. Обычные магнитные материалы для этого уже не годятся. Необходимы антиферромагнетики, которые не боятся случайных магнитных наводок и намагниченности соседних участков. Материал FePS₃ из таких. А в определённых условиях он превращается в парамагнетик и приобретает на время совсем иные магнитные свойства.

Учёные из MIT обнаружили, что при охлаждении FePS₃ до температуры Нееля (-155 ℃ для данного соединения) его облучение импульсом терагерцового лазера вызывает возбуждение атомов в материале и переводит его в состояние парамагнетика. Это состояние остаётся метастабильным и продолжается 2,5 мс после прекращения действия импульса света. Очевидно, что этим свойством будет разумно воспользоваться для поиска ему места в будущих системах хранения данных, чем команда физиков займётся на следующих этапах работы. Не факт, что это будет самый лучший путь к памяти будущего, но чем больше таких путей, тем вернее результат.

Учёные из Университета штата Мичиган стряхнули пыль с ламп накаливания, увидев в них основу для мультиспектрального машинного зрения. В природе свет несёт гораздо больше информации об окружающих объектах и процессах, чем видит глаз человека. Поэтому машинное зрение не должно уподобляться зрению людей. Оно должно быть шире и глубже воспринимать мир, делая среду обитания для человека безопаснее и комфортнее.

Источник изображения: Brenda Ahearn/Michigan Engineering

Солнечный свет не имеет поляризации, он может приобретать её, например, при отражении. Отражение от поверхности воды, например, приобретает линейную поляризацию, что делает поляризованный свет ярче и опаснее для зрения. Солнечные очки с поляризационными стёклами легко компенсируют такие явления.

Полезное свойство поляризации заключается в возможности уплотнить канал передачи в оптоволокне. Для этого используют круговую поляризацию. В природе насекомые и некоторые ракообразные видят поляризованный свет, что делает их лучшими собирателями или охотниками. Очевидно, что робототехника и ряд направлений в науке выиграют, если устройства смогут распознавать свет в расширенном спектре, включая разные виды поляризации.

Исследователи из Университета Мичигана создали наномасштабный прибор из вольфрамовой нити накаливания, который способен испускать свет с эллиптической поляризацией. Такое явление стало возможным после того, как нить накала изготовили такой длины, которая сравнима с длиной волны света.

Эллиптическая поляризация — это предельный случай как круговой, так и линейной поляризации, но он может использоваться как самостоятельный для тех же целей уплотнения трафика в одном и том же оптическом кабеле. В случае машинного зрения использование эллиптической поляризации позволяет повысить контраст изображения, что необходимо для распознавания в тёмное время суток или при плохом освещении.

Наконец, благодаря эллиптической поляризации может появиться множество медицинских приборов, которые помогут с визуализацией образцов тканей человека, а также при проведении анализов.

Последние двадцать лет вычисления и связь переходят на оптические интерфейсы. Это уже произошло на магистральных линиях связи, но всё ещё буксует в пределах центров по обработке данных и на уровне межчиповых и межкомпонентных связей в компьютерах. В идеале сигнал должен сразу исходить из процессора в виде оптических импульсов и дальше направляться либо в чип по соседству, либо в соседние стойки, зал и даже за его пределы. IBM выбрала этот путь.

Слот CPO для установки на чип внешнего оптического «кабеля». Источник изображений: IBM

Оптика выгодно отличается от меди (токопроводящих соединений) малым весом, дешевизной, низкими помехами (наводками), высокой скоростью передачи, малым потреблением энергии и, в целом, позволяет повысить пропускную способность без увеличения энергопотребления. Возможность использования оптических линий связи уже заложена во все последние стандарты Ethernet, а также в стандарты PCIe. Ближе всех к интеграции оптических линий в процессоры (ускорители) в своё время подошла компания Intel с платформой Light Peak. И хотя Intel давно свернула разработку этой платформы, идея не умерла и сегодня находит продолжение в новом оптическом интерфейсе Intel OCI (Open Compute Project Interconnect Link).

Сегодня настала очередь IBM сообщить о прорыве на направлении интегрированных в процессоры оптических интерфейсов. Как и Intel, интегрированная оптика IBM берёт своё начало в разработках по кремниевой фотонике, которые обе компании начали более 20 лет назад. Новый интегрированный интерфейс IBM называется co-packaged optics (CPO). Дословно это переводится как «соупакованная» или «комбинированная» оптика — дополнительный канал передачи данных. Он не заменяет проводную разводку на материнской плате и кабели внутри компьютера и между стойками, а дополняет их высокоскоростным и энергоэффективным интерфейсом.

В качестве проводника света для интерфейса CPO выбрано недорогое полимерное оптоволокно PWG (polymer optical waveguide). Компания представила рабочий прототип интерфейса (платформы) с оптоволокном PWG толщиной 50 мкм и готова масштабировать его до оптоволокна менее 20 мкм толщиной. Спецификации интерфейса CPO позволяют организовать обмен данными между чипами, платами и стойками, или, проще говоря, работать на расстоянии от нескольких сантиметров до сотен метров.

Если предложенное IBM техническое решение найдёт применение и понимание в отрасли, это приведёт к снижению затрат на масштабирование платформ генеративного искусственного интеллекта благодаря более чем пятикратному снижению энергопотребления по сравнению с электрическими соединениями среднего класса, одновременно увеличив длину соединительных кабелей в центрах обработки данных с одного до сотен метров.

Также можно ожидать ускорения обучения моделей искусственного интеллекта, что позволит разработчикам обучать большие языковые модели (LLM) в пять раз быстрее, чем при использовании обычных проводных интерфейсов. Технология CPO может сократить время, необходимое для обучения стандартной LLM, с трёх месяцев до трёх недель. Это также обеспечит прирост производительности за счёт использования более крупных моделей и большего количества графических процессоров, что сократит простой оборудования.

Наконец, технология CPO значительно повысит энергоэффективность центров обработки данных, сэкономив энергию, эквивалентную годовому потреблению 5000 домов в США, на одно обучение модели искусственного интеллекта.

«Поскольку генеративный ИИ требует всё больше энергии и вычислительных ресурсов, центры обработки данных должны развиваться, а комбинированная оптика может сделать их более перспективными, — сказал Дарио Хиль (Dario Gil), старший вице-президент и директор по исследованиям IBM. — Благодаря этому прорыву чипы завтрашнего дня будут передавать данные так же, как волоконно-оптические кабели передают информацию в центры обработки данных и из них, открывая новую эру более быстрых и устойчивых коммуникаций, способных справляться с рабочими нагрузками искусственного интеллекта будущего».

Подробную информацию о новом интерфейсе исследователи IBM изложили в статье, опубликованной на сайте arXiv.org. Новые оптические структуры с высокой плотностью пропускной способности, в сочетании с передачей нескольких длин волн по одному оптическому каналу, потенциально увеличат пропускную способность между чипами в 80 раз по сравнению с электрическими соединениями.

Тестирование оптических интерфейсов IBM

Экспериментальная платформа прошла все необходимые стресс-тесты для производства. Компоненты подвергались воздействию высокой влажности и температур в диапазоне от −40 °C до +125 °C, а также испытаниям на механическую прочность, чтобы подтвердить, что оптические соединения могут изгибаться без разрушения или потери данных. Кроме того, исследователи продемонстрировали технологию PWG с шагом 18 мкм. Объединение четырёх блоков PWG с таким шагом позволит подключать до 128 каналов. В конечном итоге это обеспечит плотность передачи до 10 Тбит/мм².

Группа из учёных Массачусетского технологического института и их зарубежных коллег создала, как они утверждают, первый полностью фотонный процессор для приложений искусственного интеллекта. Фотонный процессор работает не хуже аналогов на кремниевых транзисторах, но проводит вычисления с намного меньшим потреблением энергии. Это особенно важно для создания «думающей» периферии — лидаров, камер, устройств связи и другого, к чему теперь открыта прямая дорога.

Источник изображения: Sampson Wilcox, Research Laboratory of Electronics

Основная проблема при создании полностью фотонного чипа для ИИ заключается в том, что свет хорошо справляется с линейными вычислениями, тогда как нелинейные вычисления производятся с существенными затратами энергии. Для проведения последних необходимы специальные блоки, ведь фотоны реагируют друг с другом только в особых условиях. Поэтому прежде линейные операции, например, умножение матриц, проводились фотонным блоком, а для нелинейных вычислений световой сигнал переводился в форму электрического импульса и дальше обрабатывался по старинке — обычным процессором из кремниевых транзисторов.

Учёные из MIT поставили перед собой цель создать единый процессор, у которого на вход подавался бы световой сигнал и световой же сигнал был бы на выходе без использования кремниевых сопроцессоров. По их словам, используя предыдущие работы и находки зарубежных коллег, они добились поставленной задачи.

Разработанное исследователями оптическое устройство смогло выполнить ключевые вычисления для задачи классификации с помощью машинного обучения менее чем за половину наносекунды, при этом достигнув точности более 92 % — это производительность, которая находится на одном уровне с традиционным оборудованием. Созданный чип состоит из взаимосвязанных модулей, образующих оптическую нейронную сеть и изготовлен с использованием коммерческих литографических техпроцессов, что может обеспечить масштабирование технологии и её интеграцию в современную электронику.

Учёные обошли проблему с нелинейными фотонными вычислениями интересным образом. Они разработали интегрированный в оптический процессор блок NOFU — нелинейно-оптический функциональный блок, который позволил задействовать электронные цепи вместе с оптическими, но без перехода к внешним операциям. По-видимому, блок NOFU был выбран как компромисс между чисто фотонными нелинейными схемами и классическими, электронными.

Вначале система кодирует параметры глубокой нейронной сети в световых импульсах. Затем массив программируемых светоделителей выполняет матричное умножение входных данных. Потом данные передаются в программируемый слой NOFU, где реализуются нелинейные функции, передавая световые сигналы на фотодиоды. Последние, в свою очередь, транслируют световой сигнал в электрические импульсы. Поскольку этот этап не требует внешнего усиления, блоки NOFU потребляют очень мало энергии.

«Мы остаемся в оптической области всё время, до конца, когда хотим считать ответ. Это позволяет нам добиться сверхнизкой задержки», — говорят авторы исследования.

Компания Samsung представила новую конструкцию камеры для смартфона с перископическим телеобъективом, которая получила название ISOCELL ALoP (All Lenses on Prism). Она позволяет значительно уменьшить размеры модуля камеры по сравнению с решениями на основе традиционных перископических объективов.

Источник изображений: Samsung

В обычных перископических телеобъективах линзы располагаются вертикально относительно плоскости корпуса смартфона, а их диаметр определяет высоту выступа камеры над корпусом устройства.

Обычный перископический объектив (слева) и ISOCELL ALoP (справа)

В ISOCELL ALoP линзы располагаются горизонтально относительно плоскости смартфона. Конструкция ISOCELL ALoP предусматривает использование призмы с отражательной поверхностью, имеющей угол наклона 40 градусов, а также датчика изображения с углом наклона 10 градусов. Благодаря такой конструкции увеличивается эффективный размер линзы (EPD), что позволяет пропускать больше света на сенсор, обеспечивая более яркое и чёткое изображение.

ISOCELL ALoP даёт возможность использовать более крупные сенсоры и линзы с большей светосилой, что повышает качество как дневных, так и ночных фотографий. При этом технология позволяет снизить высоту выступа камеры, создавая более тонкие смартфоны. По заявлению Samsung, новая технология сокращает длину модуля на 22 % по сравнению с традиционными перископическими камерами.

ALoP позволяет реализовать оптику с диафрагмой f/2.58 и эквивалентным фокусным расстоянием 80 мм. В отличие от конструкции классического перископа, ALoP поддерживает объективы с большой диафрагмой, что улучшает качество портретных снимков и снижает уровень шума при ночной съёмке.

Кроме того, ALoP улучшает внешний вид модуля камеры. В смартфонах с обычной оптикой пользователи видят прямоугольную призму, которая может портить эстетическое восприятие. В конструкции ALoP пользователям видны только ожидаемые круглые линзы.

Samsung пока не уточнила, планирует ли использовать новую технологию в будущих смартфонах серии Galaxy S25.

Несовершенство 3D-симулятора нелинейно-оптических явлений в материалах, который в программе создавал тень от цифрового образа лазерного луча, заставило учёных задуматься об эксперименте, который позволил бы настоящему лазерному лучу отбрасывать тень. В обычных условиях такого никогда не происходит — светящиеся объекты и явления не создают теней. Но уникальный эксперимент сделал невозможное, и лазерный луч впервые обзавёлся собственной тенью.

Тень на стенке рубина от зелёного лазера. Источник изображения: Raphael A. Abrahao

Научная работа об открытии принята для публикации в рецензируемом журнале Optica. Эксперимент поставили учёные из Брукхейвенской национальной лаборатории США (Brookhaven National Laboratory, BNL). Опыт стал частью более широкого проекта по изучению нелинейно-оптических свойств материалов.

«Лазерный луч, отбрасывающий тень, ранее считался невозможным, поскольку свет обычно проходит сквозь другой источник света, не взаимодействуя, — сказал руководитель исследовательской группы Рафаэль А. Абрахао (Raphael A. Abrahao). — Наша демонстрация весьма нелогичного оптического эффекта побуждает нас пересмотреть наше представление о тени».

Тень от лазера на экране

Для постановки эксперимента учёные посветили лучом зелёного лазера на одну сторону куба из рубина (популярного для экспериментов с лазером материала). На другую сторону куба перпендикулярно зелёному лучу направили свет интенсивного синего лазера. После этого на противоположной от освещённой синим лазером стороне рубинового куба возникла тень от зелёного лазера. Это была самая настоящая тень: она скользила по экрану вслед за перемещением зелёного луча, повторяя все изгибы экрана.

Схема экспериментальной установки

Как пояснили учёные, зелёный лазер изменял локальные свойства рубина, увеличивая поглощение синего лазера в таких областях (возбуждал в атомах рубина электроны, которые «мешались под ногами» у синего лазера с более короткой длиной волны).

«Наше понимание теней развивалось рука об руку с нашим пониманием света и оптики, — поясняет Абрахао. — Это новое открытие может оказаться полезным в различных приложениях, таких как оптическая коммутация, устройства, в которых свет контролирует присутствие другого источника света, или технологии, требующие точного контроля светопропускания, связанного с мощными лазерами».

Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) сообщило, что провело серию успешных экспериментов по организации оптической связи в околоземном космическом пространстве. Данные передавались со спутника на низкой орбите на спутник ретрансляции на высоте 40 тыс. км. При этом достигнута рекордная для заданных условий скорость передачи в 1,8 Гбит/с, что найдёт отражение в новом уровне управления спутниками дальнего зондирования Земли.

Слева модуль оптической связи для спутника-ретранслятора, справа — для Daichi 4. Источник изображения: JAXA

Сбором данных занимался новейший спутник-шпион Daichi 4 (ALOS-4). Он был запущен на геосинхронную орбиту 1 июля 2024 года. Проверка его работы началась 4 июля, а с 20 августа началось тестирование модуля космической оптической связи. Данные по оптическому каналу принимал экспериментальный спутник LUCAS на солнечно-синхронной орбите на высоте 40 тыс. км. Затем он транслировал их на Землю по обычному радиоканалу. Максимально достигнутая скорость оптической связи между спутниками составила 1,8 Гбит/с, что для созданных условий стало мировым рекордом.

Япония продолжит эксперименты с оптической передачей данных также на других высотах, например, с оптического модуля Кибо на МКС (для НОО 400 км). Оптическая связь с ретранслятором позволит спутникам наблюдения за Землёй подобным Daichi 4 дольше оставаться в режиме реальной передачи данных на Землю. В частности, без ретранслятора связь с Daichi 4 с наземной станцией продолжается всего 1 час, тогда как через LUCAS она продлевается до 9 часов.

Важно отметить, что передача велась в оптическом диапазоне обычных волоконных сетей — 1,5 мкм. В JAXA считают, что это наиболее перспективный путь для развития космической связи — в диапазоне, для которого оборудование выпускается в наибольшем объёме.

Группа учёных из США смогла соединить квантово-механическую теорию и цифровую запись, проложив путь к потенциально сверхплотной оптической памяти. Запись осуществляется излучателями атомарного размера, встроенными в саму память, а ячейками для хранения информации выступают множественные дефекты в атомарной структуре памяти. Всё это замешано на управляемом изменении квантовых состояний дефектов, явив собой смесь классической и квантовой физики.

Источник изображения: Giulia Galli

Исследование и разработку моделей изучаемых явлений осуществили физики из Аргоннской национальной лаборатории министерства энергетики США и Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета. Сначала они провели моделирование и предсказали возможные результаты и лишь потом провели эксперименты. Проделанная учёными работа во многом новаторская. Ещё никто не изучал вопрос, как поведут себя дефекты в атомарной структуре твёрдых материалов, если по соседству с ними в нанометровой доступности расположатся излучатели энергии (фотонов). Фактически это физика в ближнем поле, которая непросто поддаётся изучению и, прежде всего, из-за возникновения разного рода квантовых эффектов.

«Мы разработали фундаментальные физические основы того, как передача энергии между дефектами может лежать в основе невероятно эффективного оптического метода хранения, — сказала Джулия Галли (Giulia Galli), профессор Чикагского университета и старший научный сотрудник Аргоннской национальной лаборатории. — Это исследование иллюстрирует важность изучения основных принципов и квантовомеханических теорий для освещения новых, зарождающихся технологий».

Если мы будет рассматривать, например, оптические диски, то минимально допустимое пятно для записи будет ограничено дифракционным пределом оптической системы и не сможет быть меньше длины волны записывающего лазера. Учёные предложили насытить материал атомами редкоземельных элементов, которые отличаются тем, что способны переизлучать падающий на них свет в более узком диапазоне и на других длинах волн. Тем самым можно создать материал с мириадами записывающих «лазеров» внутри, каждый из которых был бы размером с атом.

Точно также материал можно насытить ячейками для записи, в роли которых выступали бы дефекты в кристаллической структуре. При достаточном количестве атомов редкоземельных элементов и дефектов большинство из них находились бы в нанометровой доступности друг от друга. Суть открытия в том, что редкоземельные излучатели (точнее — переизлучатели) необратимо или на очень длительное время меняют квантовые состояния находящихся по соседству дефектов (переводят их из синглетного в триплетное состояние). А это память, работающая в оптическом диапазоне. И очень плотная память — на уровне атомарной структуры.

Учёные предупреждают, что они пока слабо представляют многие механизмы работы такой памяти, но не сомневаются, что это интересный и перспективный путь для удовлетворения нужд человечества в сохранении цифровых архивов.

Корейская Samyang представила фикс-объектив (дискретный) Remaster Slim, позволяющий фотографу менять фокусное расстояние, заменяя не объектив полностью, а только оптические элементы внутри него.

Источник изображения: lksamyang.com

Более простая конструкция фикс-объектов — тех, что не поддерживают зума — означает некоторые преимущества для них, в том числе более чёткое изображение и уменьшенную глубину резкости. Компромисс состоит в том, что фотографу приходится самостоятельно приближаться и удаляться при кадрировании или устанавливать фикс-объективы с разным фокусным расстоянием. Это недёшево и не очень удобно, поэтому Samyang предложила объектив Remaster Slim толщиной 2 см.

Для оптики внутри Remaster Slim предусмотрено специальное магнитное крепление, в которое первоначально можно установить три вставки: широкую 21 мм и f/2,8, вариант 28 мм f/3,5, а также подходящую для портретной съёмки с близкого расстояния 32 мм и f/3.5. В сумке для камеры они займут намного меньше места, чем три полноценных фикс-объектива. Remaster Slim обеспечивает при съёмке «подлинную аналоговую чувственность, которая заметно отличается от изображений со смартфона, созданных с помощью цифровых технологий», рассказали в Samyang и добавили, что при разработке проекта источником вдохновения послужили «легендарные плёночные компактные фотоаппараты», снимки на которые не всегда получались чёткими.

Объектив Samyang Remaster Slim совместим с Sony E-mount и был доступен для предварительного заказа с 32-мм оптикой за 308 000 корейских вон или около $229, но сейчас тираж полностью распродан, хотя покупатели их получат лишь в начале сентября. Новая партия, доступная для всех желающих, появится в Южной Корее лишь в октябре; о выходе товара в других странах пока не сообщается ничего.

Учёные из Стэнфордского университета создали первый в мире практичный титаново-сапфировый лазер в масштабе микросхемы. Современные Ti:sapphire-лазеры в 10 000 раз больше и в 1000 раз дороже, тогда как стоимость производства крошечных лазеров на чипе будет условно копеечная. Такие лазеры подтолкнут развитие квантовых наук, помогут в офтальмологии, нейробиологии и много где ещё, где необходим источник интенсивного света.

Миниатюрный лазер опирается на титаново-сапфировый кубик на фоне 25-центовой монеты. Источник изображения: Nature

Титаново-сапфировые лазеры ценны тем, что они могут перестраиваться в относительно широком спектре когерентного излучения. Для науки и промышленности — это важнейшее качество, имя которому универсальность. Только сегодня подобные установки редкость даже в лабораториях, не говоря о промышленности. Они могут быть размером со средний рабочий стол, не говоря о вспомогательном оборудовании, например, лазерах для накачки, которые тоже стоят немалых денег. В конечном итоге стоимость одного такого лазерного комплекса может достигать полумиллиона долларов США.

Исследователи из Стэнфорда разработали технику создания титаново-сапфировых лазеров микрометрового масштаба. Сначала они нанесли на слой настоящего сапфирового стекла подложку из диоксида кремния (SiO₂), а затем создали поверх подложки объёмное титаново-сапфировое покрытие. Верхний слой травится и шлифуется до толщины в несколько сотен нанометров. На подложке остаётся волновод, как на показанном ниже снимке. Этот волновод работает как усилитель лазерного излучения.

Но самым ценным в разработке стал механизм перестройки лазера. Делается это с помощью дозированного нагрева волновода. В случае экспериментального лазера частоту его работы учёные смогли менять в пределах длин волн от красного до инфракрасного: от 700 до 1000 нм. Уменьшение размеров лазера также увеличило его интенсивность и энергоэффективность. Лазером накачки для такой платформы может быть очень маломощный источник.

«Это полный отход от старой модели, — поясняют учёные. — Вместо одного большого и дорогого лазера в любой лаборатории вскоре могут появиться сотни таких ценных лазеров на одном чипе. И всё это можно подпитывать зеленой лазерной указкой».