Μια νέα μέθοδος για την κατασκευή συσκευών που λειτουργούν σαν «μονόδρομος» για το φως αναπτύχθηκε από ερευνητές στην Κίνα και την Ιαπωνία. Η τεχνική, η οποία σπάει το όριο της δυναμικής αμοιβαιότητας σε μη γραμμικά οπτικά συστήματα, θα μπορούσε να είναι σημαντική για εφαρμογές στην επεξεργασία πληροφοριών που βασίζεται σε φωτόνια.
Η αμοιβαιότητα - ή ακριβέστερα, η αμοιβαιότητα Lorentz - είναι μια θεμελιώδης αρχή της οπτικής που ορίζει ότι τα ηλεκτρομαγνητικά σήματα πρέπει να διαδίδονται ελεύθερα και προς τις δύο κατευθύνσεις μέσω μιας οπτικής ίνας ή ενός ηλεκτρικού κυκλώματος. Ένας παλμός μικροκυμάτων, για παράδειγμα, μπορεί να ταξιδέψει προς οποιαδήποτε κατεύθυνση κατά μήκος ενός κυματοδηγού και ένα φωτεινό σήμα μπορεί να κινηθεί αμφίδρομα κατά μήκος μιας οπτικής ίνας. Αυτή η αμφίδρομη κυκλοφορία μπορεί να προκαλέσει προβλήματα όπως η οπισθοσκέδαση, η οποία μειώνει την ισχύ του μεταδιδόμενου σήματος.
Υπάρχουν ήδη ορισμένες τεχνολογίες για την αποφυγή της αμοιβαιότητας. Οι απομονωτές σε πομπούς μικροκυμάτων ραντάρ, για παράδειγμα, ξεπερνούν τον κανόνα της αμοιβαιότητας χρησιμοποιώντας ένα μεγάλο εξωτερικό μαγνητικό πεδίο για να απομονώσουν τα κύματα που ταξιδεύουν στην ανακλώμενη (προς τα πίσω) κατεύθυνση. Ωστόσο, οι συσκευές που χρησιμοποιούνται για να το επιτύχουν αυτό, που ονομάζονται ρότορες Faraday, βασίζονται στο μαγνητο-οπτικό αποτέλεσμα και επομένως απαιτούν ισχυρούς, βαρείς μαγνήτες. Τέτοιοι μαγνήτες δεν είναι συμβατοί με φωτονικά τσιπ και αυξάνουν επίσης σημαντικά την κατανάλωση ισχύος των κυκλωμάτων. Ενώ έχουν αναπτυχθεί μη μαγνητικοί απομονωτές, η απόδοσή τους ήταν κακή μέχρι στιγμής.
Μη γραμμικότητα Kerr
Ένας εναλλακτικός τρόπος για να σπάσει η αμοιβαιότητα Lorentz είναι η χρήση οπτικών μη γραμμικών εφέ όπως η μη γραμμικότητα Kerr, η οποία παρατηρείται όταν το φως υψηλής έντασης διαδίδεται μέσω ενός μέσου. Η απλούστερη εκδήλωση αυτού του φαινομένου μπορεί να περιγραφεί ως αλλαγή του δείκτη διάθλασης του μέσου που είναι ανάλογη με την ένταση του φωτός. Σε αντίθεση με τα μαγνητο-οπτικά εφέ, οι μη αμοιβαίες συσκευές που χρησιμοποιούν τέτοια οπτική μη γραμμικότητα είναι συμβατές με την ολοκλήρωση φωτονικού τσιπ, εξηγεί Keyu Xia of Πανεπιστήμιο Nanjing, Nanjing, ο οποίος ηγήθηκε της νέας ερευνητικής προσπάθειας μαζί με Φράνκο Νόρι του RIKEN Quantum Computing Center. Η μη γραμμικότητα Kerr υπάρχει σε πολλά οπτικά υλικά, συμπεριλαμβανομένου του πυριτίου, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως στη φωτονική.
Όταν σχεδιάζουν μη γραμμικούς απομονωτές και κυκλοφορητές, οι επιστήμονες έχουν συνηθίσει να λαμβάνουν υπόψη τη μη γραμμικότητα Kerr των υλικών μεμονωμένα σε ένα κύκλωμα ή κυματοδηγό, προσθέτει η Xia. "Αυτό οδηγεί σε «δυναμική αμοιβαιότητα», το οποίο προκαλεί ένα άλλο πρόβλημα: μια μη γραμμική συσκευή μη αμοιβαιότητας δεν μπορεί να εμποδίσει την οπισθοσκέδαση όταν τα πεδία φωτός προς τα εμπρός και προς τα πίσω εισέρχονται στη συσκευή ταυτόχρονα, επιβάλλοντας έτσι έναν θεμελιώδη περιορισμό στις μη γραμμικές συσκευές τύπου Kerr που χρησιμοποιούνται ως οπτικοί απομονωτές», εξηγεί. .
Ο Xia και οι συνεργάτες του έχουν δείξει τώρα ότι ένα μη γραμμικό οπτικό υλικό, όπως το πυρίτιο, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ξεπεραστεί αυτό το πρόβλημα και να κατασκευαστούν συσκευές στο τσιπ (όπως οπτικοί απομονωτές και κυκλοφορητές) όταν εξετάζονται δύο ξεχωριστά φαινόμενα μη γραμμικότητας. Το πρώτο, γνωστό ως φαινόμενο self-Kerr, είναι ένα φαινόμενο οπτικής μη γραμμικότητας που παράγει μια μετατόπιση φάσης ανάλογη με το τετράγωνο του αριθμού των φωτονίων στο πεδίο. Το δεύτερο, που ονομάζεται μη γραμμικότητα cross-Kerr, είναι ένα συνεκτικό φαινόμενο που αλλάζει δραματικά την οπτική απόκριση του μέσου στο φως σε επιλεγμένες συχνότητες.
Επίτευξη δυναμικής μη αμοιβαιότητας
Η νέα τεχνική λειτουργεί επειδή στα περισσότερα οπτικά μη γραμμικά υλικά, οι μη γραμμικότητες self- και cross-Kerr έχουν διαφορετικές αντοχές. Όταν τα πεδία φωτός που διαδίδονται προς τα εμπρός και προς τα πίσω εισέρχονται σε μια συσκευή όπως ένας συντονιστής μικροδακτυλίου (κατασκευασμένος από μη γραμμικό υλικό με βάση το πυρίτιο) ταυτόχρονα, η διαμόρφωση που προέρχεται από τις μη γραμμικότητες self- και cross-Kerr μπορεί να προκαλέσει διαφορετικές συχνότητες συντονισμού για τους τρόπους κυκλοφορίας προς τα εμπρός και προς τα πίσω. Αυτές συνήθως υποδηλώνονται ως δεξιόστροφες και αριστερόστροφες λειτουργίες. «Χρησιμοποιήσαμε αυτή τη χειραλικότητα για να επιτύχουμε δυναμική μη αμοιβαιότητα σε ένα παθητικό σύστημα που αποτελείται από έναν συντονιστή μικροδακτυλίου, δύο κυματοδηγούς και έναν απορροφητή», εξηγεί η Xia.
Τα ηχητικά κύματα σπάζουν την αμοιβαιότητα μετάδοσης φωτός
«Η προτεινόμενη μέθοδος παρακάμπτει τον θεμελιώδη περιορισμό της δυναμικής αμοιβαιότητας που επιβάλλεται στη μη γραμμική οπτική», λέει. Κόσμος Φυσικής. «Η ίδια ιδέα έχει αποδειχθεί πειραματικά από άλλη ομάδα στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ για έναν οπτικό απομονωτή on-chip. Το έργο μας, δημοσιευμένο στο Κινεζικά γράμματα φυσικής, ανοίγει μια πόρτα για την υλοποίηση οπτικών απομονωτών και κυκλοφορητών στο τσιπ, και έτσι θα ενισχύσει την κλίμακα ολοκλήρωσης και τη λειτουργία των φωτονικών τσιπ».
Οι ερευνητές δοκιμάζουν τώρα τις ενσωματωμένες μη αμοιβαίες συσκευές τους στο εργαστήριό τους. Το εφαρμοζόμενο αντηχείο μικροδακτυλίου σε αυτή τη μέθοδο περιορίζει σοβαρά το διαθέσιμο μη αμοιβαίο εύρος ζώνης σε μια πολύ στενή κλίμακα, περίπου εκατοντάδων MHz, έτσι σχεδιάζουν να το βελτιώσουν και να μειώσουν τις λεγόμενες απώλειες εισαγωγής χρησιμοποιώντας μόνο Kerr-μη γραμμικούς οπτικούς κυματοδηγούς. «Ένας τέτοιος νέος σχεδιασμός θα επέτρεπε πολλές σημαντικές και πρακτικές εφαρμογές μη γραμμικών απομονωτών και κυκλοφορητών στο chip, επειδή μπορεί να επεξεργάζεται φωτονικές πληροφορίες γρηγορότερα και με μικρότερη απώλεια φωτός», λέει ο Xia.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
- Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
- πηγή: https://physicsworld.com/a/nonlinear-resonator-breaks-dynamic-optical-nonreciprocity/
- a
- Σχετικα
- Λογαριασμός
- Κατορθώνω
- Πράξη
- Προσθέτει
- ήδη
- εναλλακτική λύση
- και
- Άλλος
- εφαρμογές
- εφαρμοσμένος
- γύρω
- διατεταγμένα
- διαθέσιμος
- αποφεύγοντας
- εύρος ζώνης
- επειδή
- Αποκλεισμός
- ώθηση
- Διακοπή
- φρένα
- Φωτεινό
- τσαμπί
- που ονομάζεται
- δεν μπορώ
- Αιτία
- αίτια
- αλλαγή
- Αλλαγές
- Κίνα
- τσιπ
- τσιπ
- Κύκλος
- ΣΥΝΑΦΗΣ
- συναδέλφους
- ερχομός
- σύμφωνος
- χρήση υπολογιστή
- έννοια
- θεωρούνται
- Αποτελείται από
- κατανάλωση
- αντίθεση
- θα μπορούσε να
- κατέδειξε
- περιγράφεται
- Υπηρεσίες
- σχέδιο
- αναπτύχθηκε
- συσκευή
- Συσκευές
- διαφορετικές
- διαφέρουν
- κατεύθυνση
- διανομή
- Θύρα
- δραματικά
- κατά την διάρκεια
- δυναμικός
- αποτέλεσμα
- αποτελέσματα
- προσπάθεια
- είτε
- Ηλεκτρικό
- εισάγετε
- παράδειγμα
- υπάρχει
- πείραμα
- Εξηγεί
- εξωτερικός
- γρηγορότερα
- πεδίο
- Πεδία
- Όνομα
- Προς τα εμπρός
- από
- λειτουργία
- θεμελιώδης
- παίρνω
- Group
- Ωστόσο
- HTTPS
- Εκατοντάδες
- εικόνα
- σημαντικό
- επιβάλλονται
- επιβλητικός
- βελτίωση
- in
- Συμπεριλαμβανομένου
- Αυξάνουν
- ευρετήριο
- Μεμονωμένα
- πληροφορίες
- ενσωματωθεί
- ολοκλήρωση
- ζήτημα
- IT
- Ιαπωνία
- γνωστός
- εργαστήριο
- large
- Οδηγεί
- Led
- φως
- Φωτεινά Πεδία
- LIMIT
- όρια
- ΦΑΊΝΕΤΑΙ
- off
- απώλειες
- που
- Μαγνητικό πεδίο
- Μαγνήτες
- κάνω
- Κατασκευή
- πολοί
- υλικό
- υλικά
- max-width
- medium
- μέθοδος
- τρόπων
- περισσότερο
- πλέον
- μετακινήσετε
- Φύση
- Νέα
- Κανονικά
- αριθμός
- ανοίγει
- οπτική
- Ξεπεράστε
- παθητικός
- επίδοση
- φάση
- Φωτόνια
- Φυσική
- σχέδιο
- Πλάτων
- Πληροφορία δεδομένων Plato
- Πλάτωνα δεδομένα
- φτωχός
- δύναμη
- Πρακτικός
- ακριβώς
- αρχή
- Πρόβλημα
- προβλήματα
- διαδικασια μας
- μεταποίηση
- προτείνεται
- δημοσιεύθηκε
- σφυγμός
- Quantum
- κβαντική υπολογιστική
- ραντάρ
- συνειδητοποιώντας
- μείωση
- μειώνει
- αντανακλάται
- απαιτούν
- έρευνα
- ερευνητές
- απήχηση
- απάντησης
- ΡΙΚΕΝ
- Άρθρο
- ίδιο
- λέει
- Κλίμακα
- επιστήμονες
- Δεύτερος
- επιλέγονται
- ξεχωριστό
- αλλαγή
- παρουσιάζεται
- Σήμα
- σήματα
- Πυρίτιο
- So
- μέχρι τώρα
- Ήχος
- πλατεία
- δύναμη
- δυνατά
- ισχυρός
- τέτοιος
- σύστημα
- συστήματα
- λήψη
- Τεχνολογίες
- λέει
- Δοκιμές
- Η
- τους
- επομένως
- Μέσω
- thumbnail
- ώρα
- προς την
- μαζι
- ΚΙΝΗΣΗ στους ΔΡΟΜΟΥΣ
- πομπούς
- ταξίδι
- αληθής
- πανεπιστήμιο
- χρήση
- κύματα
- τρόπους
- Ποιό
- ενώ
- Ο ΟΠΟΊΟΣ
- ευρέως
- θα
- Εργασία
- λειτουργεί
- θα
- zephyrnet