main concepts scientists sections
ПростоПопулярноПодробно

Световой узел на чипе помог погасить свет звезды ✛

Оригинал: "Tricouplers for nulling interferometry with photonic integrated circuits"
· Anusha Pai Asnodkar, Nemanja Jovanovic, Harry-Dean Kenchington Goldsmith, Ahmed Sanny, Yoo Jung Kim, Hani Nejadriahi, Isabelle Rivera, Michael P. Fitzgerald, Dimitri Mawet, Pradip Gatkine
arXiv:2607.26168v1 · 2026-07-28 · CC BY 4.0 · 1 мин
Астрономическое приборостроение Экзопланеты
На кремниевом чипе создали световой узел, который гасит свет звезды с помощью интерференции, открывая дорогу к прямым наблюдениям планет у других звёзд.

Почему до сих пор нет снимков далёких миров, похожих на Землю? Всё дело в ослепительном блеске их родительских звёзд. Планета отражает лишь ничтожную долю света — всё равно что пытаться рассмотреть светлячка на фоне горящего стадиона. Нужен способ убрать свет звезды, не тронув планету. И тут на сцену выходит интерференция — способность световых волн складываться и гасить друг друга.

Бельевая верёвка, по которой идёт волна: если пустить вторую волну горбом вниз, верёвка останется неподвижной. Примерно так работает световой узел — устройство из трёх сплетённых волноводов на чипе. Свет звезды разделяют на два луча, один из них переворачивают (сдвигают на полволны) и вновь сводят. В итоге в центральном выходе — темнота, а свет планеты, пришедший под другим углом, остаётся нетронутым.

Исследователи проверили эту идею на кремниевом чипе размером с ноготь. В инфракрасных лучах им удалось ослабить свет в 250 тысяч раз (это –54 децибела), но только для одного цвета. Чтобы узел работал сразу для всех цветов, нужно победить двулучепреломление — свойство чипа по-разному вести свет разной поляризации (поперечных колебаний). Пока без фильтров контраст в тысячу раз хуже, но это решается.

Для работы с белым светом в схеме планируют развести вертикальную и горизонтальную поляризации по разным дорожкам, как две параллельные бельевые верёвки. Тогда узел будет затягиваться одинаково для любой волны.

Когда эти трудности преодолеют, массивы таких чипов смогут различать химический состав атмосфер экзопланет — а это главный шаг к поиску жизни.

Весь граф →

Интересно, что трикулер на чипе напоминает световую версию шумоподавляющих наушников: он не блокирует, а именно гасит волну встречной волной, и делает это сразу для всех цветов без механической перестройки.

Идея нуль-интерферометрии перекликается с концепцией «звёздного щита» в романе Артура Кларка «Фонтаны рая», где для наблюдения далёких объектов использовалась космическая система зеркал, гасящих свет звезды.

N = \frac{I_{\text{min}}}{I_{\text{max}}}
Null depth is the ratio of the minimum intensity at the null port to the maximum intensity, measured while scanning the phase shifter. The smaller the number, the better the star's light is suppressed.
\phi(V,\lambda) = \frac{2\pi}{\lambda} L \Delta n(V,\lambda)
Dependence of phase shift on voltage V and wavelength λ. Δn is the change in refractive index caused by heating, L is the heater length.
V^2 = \frac{2m+1}{2L\alpha} \lambda
The square of the voltage at which null is achieved (m is an integer) depends linearly on wavelength, which explains the chromatic tilt in the experiment. α is the proportionality coefficient between the dissipated power and Δn.
Учёные
David DeutschErwin SchrödingerJohn Stewart BellLouis de BroglieLov GroverPaul Benioff
Понятия
фотонная интегральная схема интеграция квантовой фотоники интегральный спектрометр нанофотонное устройство чип оптический чип прямое изображение подавление шума при обнаружении экзопланет миниатюрная спектрометрия радиоинтерферометр кремниевый фотоумножитель нирспек