Китайская команда из Пекинского университета реализовала оптическую тристабильность с низким порогом 240 мкВт на чипе размером 20 мкм

Репортаж от Wedoany，Команда под руководством Пэн Чао из Школы электроники Пекинского университета совместно с Харбинским инженерным университетом и Университетом ИТМО (Россия) опубликовала в журнале Nature Nanotechnology исследовательскую статью под названием «Optical multistability in a compact microcavity enabled by near-exceptional coupling». Разработав квазивырожденные резонансные моды со сверхвысоким фактором добротности для реализации неэрмитовой связи вблизи точки исключения, исследователи успешно получили оптическую тристабильность с низким порогом на кремниевом чипе диаметром всего 20 мкм, что обеспечивает новую базовую ячейку для многоволоконной оптической памяти и оптических нейронных сетей.

Мультистабильность, означающая существование нескольких устойчивых состояний системы при одних и тех же внешних условиях, является одной из ключевых характеристик сложных нелинейных систем и важнейшим элементом для реализации многоволоконной оптической памяти. Однако оптические нелинейные эффекты относительно слабы, и достижение оптической мультистабильности на микро- и наномасштабе долгое время оставалось сложной задачей. Исходя из симметрии фотонно-кристаллического микрорезонатора, исследовательская группа сформировала вырожденные моды с помощью зонной складчатости в зоне Бриллюэна и ввела неэрмитову связь через общий радиационный канал за счет структурных возмущений. Когда система приближается к точке исключения, две характеристические моды гибридизируются, образуя смешанные моды с почти одинаковыми длинами волн и ширинами линий. Это состояние, названное «связью вблизи точки исключения (NEC)», позволяет микрорезонатору эффективно обмениваться энергией с радиационным каналом и поддерживать стабильное взаимодействие между модами, закладывая основу для возникновения оптической мультистабильности.

В эксперименте команда реализовала резонансные моды с фактором добротности до 10⁶ в кремниевом фотонно-кристаллическом микрорезонаторе диаметром всего 20 мкм. Благодаря чрезвычайно высокому значению Q и усилению поля в двухмодовом резонаторе, обеспечиваемому механизмом NEC, система продемонстрировала тристабильные характеристики, основанные на термооптической нелинейности. Наблюдаемые в эксперименте петли гистерезиса показали, что система может переключаться между тремя устойчивыми состояниями при чрезвычайно низкой входной мощности всего 240 мкВт.

На основе этого открытия исследовательская группа продемонстрировала прототип многоволоконного оптического запоминающего устройства. Путем модуляции входной оптической мощности или длины волны система может быстро и надежно переключаться между тремя устойчивыми состояниями интенсивности. Этот результат подтверждает возможность управления оптической нелинейностью с помощью неэрмитовой физики, а также предоставляет новый базовый строительный блок для разработки масштабируемых и реконфигурируемых оптических нейронных сетей и нейроморфных вычислительных процессоров. Исследование раскрывает универсальную стратегию достижения устойчивой мультистабильности в компактных фотонных системах путем управления радиационной связью мод.

Соответствующие результаты были опубликованы 16 июня 2026 года в журнале Nature Nanotechnology. Первым автором статьи является Лю Чжэнь, аспирант Школы электроники Пекинского университета. Соавторами-корреспондентами статьи выступили доктор Ван Фэйфань и профессор Пэн Чао из Школы электроники Пекинского университета и Национальной ключевой лаборатории фотонной передачи и связи. Работа была поддержана Национальной ключевой программой исследований и разработок, Национальным фондом естественных наук Китая и другими проектами.

Данный материал скомпилирован платформой Wedoany. При цитировании материалов, созданных с помощью искусственного интеллекта (ИИ), необходимо обязательно указывать источник — «Wedoany». В случае выявления нарушения прав или иных проблем просим своевременно информировать нас. Сайт оперативно внесёт изменения или удалит материал.Электронная почта: news@wedoany.com