Τα ηχητικά κύματα σπάζουν την αμοιβαιότητα μετάδοσης φωτός

Συνήθως, το φως μεταδίδει το ίδιο και προς τις δύο κατευθύνσεις: αν μπορώ να σε δω, μπορείς να με δεις. Τώρα, ωστόσο, οι ερευνητές δημιούργησαν μια συσκευή που χρησιμοποιεί ηχητικά κύματα που ταξιδεύουν για να σπάσει αυτή τη συμμετρία, μειώνοντας έτσι τα ανεπιθύμητα οπτικά φαινόμενα όπως η οπισθοσκέδαση. Η νέα συσκευή είναι η πρώτη που παράγει αυτό το ευεργετικό αποτέλεσμα για επιλεκτικές οπτικές δίνες, οι οποίες χρησιμοποιούνται στις οπτικές επικοινωνίες, και θα μπορούσε επίσης να έχει εφαρμογές για οπτικά τσιμπιδάκια και λέιζερ που βασίζονται σε δίνη.

Οι δίνες είναι πανταχού παρούσες στη φύση τους – σε αέρια, υγρά, πλάσμα και DNA, για παράδειγμα. Στις οπτικές δίνες, το μέτωπο κύματος μιας δέσμης φωτός περιστρέφεται γύρω από τον κεντρικό άξονα διάδοσης της δέσμης, παίρνοντας ένα ελικοειδή σχήμα με μηδενική ένταση στον πυρήνα. Αυτό το σπειροειδές φαινόμενο προκύπτει επειδή το φως φέρει τροχιακή γωνιακή ορμή (OAM). Αυτή η μορφή γωνιακής ορμής διαφέρει από την πιο γνωστή γωνιακή ορμή σπιν, η οποία εκδηλώνεται με πόλωση και ανακαλύφθηκε μόλις το 1992.

Επειδή οι πληροφορίες μπορούν να κωδικοποιηθούν σε OAM, οι οπτικές δίνες υπόσχονται πολλά για πολυπλεξία, η οποία είναι η διαδικασία αποστολής πολλαπλών οπτικών σημάτων σε μία μόνο ίνα με ελάχιστες παρεμβολές ή άλλα επιζήμια αποτελέσματα. Μέχρι στιγμής, ωστόσο, ήταν δύσκολο να κατασκευαστούν συσκευές στις οποίες ορισμένα μοντέλα στροβιλισμού διαδίδονται προς μία μόνο κατεύθυνση. Αυτό οφείλεται σε μια θεμελιώδη αρχή της οπτικής γνωστής ως αμοιβαιότητα, η οποία υπονοεί ότι τα φωτεινά σήματα θα διαδίδονται ελεύθερα και προς τις δύο κατευθύνσεις μέσω μιας οπτικής ίνας. Αυτή η αμφίδρομη κυκλοφορία μπορεί να προκαλέσει προβλήματα όπως η οπισθοσκέδαση που μειώνουν την ισχύ του μεταδιδόμενου σήματος.

Τα ηχητικά κύματα χειρίζονται τα οπτικά κύματα

Μια ομάδα με επικεφαλής Xinglin Zeng, Φίλιπ Ράσελ και Μπίργκιτ Στίλερ του Ινστιτούτο Max Planck για την Επιστήμη του Φωτός έχει πλέον χρησιμοποιήσει ηχητικά κύματα διάδοσης για να σπάσει αυτή την αμοιβαιότητα μετάδοσης φωτός για επιλεγμένα μοντέλα δίνης. Στην εργασία τους, χρησιμοποίησαν τα ηχητικά κύματα για να χειριστούν τα οπτικά κύματα σε μια χειραλική φωτονική κρυσταλλική ίνα μέσω μιας αλληλεπίδρασης γνωστής ως διεγερμένη από τοπολογία σκέδαση Brillouin-Mandelstam. Οι ερευνητές εξηγούν ότι καθώς τα ηχητικά κύματα ταξιδεύουν προς μία κατεύθυνση, επιτρέπουν φυσικά τη μη αμοιβαία συμπεριφορά για την οπτικοακουστική αλληλεπίδραση. Με αυτόν τον τρόπο, οι λειτουργίες OAM μπορούν είτε να κατασταλούν έντονα είτε να ενισχυθούν, αποτρέποντας την τυχαία οπισθοσκέδαση και ελαχιστοποιώντας έτσι την υποβάθμιση του σήματος.

Ο Stiller και οι συνεργάτες του αναφέρουν ότι η νέα τους συσκευή μπορεί να διαμορφωθεί εκ νέου ως ενισχυτής ή ως μονωτής οπτικής δίνης ρυθμίζοντας τη συχνότητα του σήματος ελέγχου. Πράγματι, επέδειξαν μια απομόνωση στροβιλισμού 22 ντεσιμπέλ, η οποία συγκρίνεται καλά με τους καλύτερους απομονωτές θεμελιώδους λειτουργίας που χρησιμοποιούν διεγερμένη σκέδαση Brillouin-Mandelstam.

Οι ερευνητές βρίσκουν «χαμένη» γωνιακή ορμή

Σύμφωνα με τον Stiller, οι πιθανές εφαρμογές της συσκευής περιλαμβάνουν συστήματα κβαντικής επικοινωνίας και εμπλοκής που βασίζονται σε OAM καθώς και κλασικές οπτικές επικοινωνίες που χρησιμοποιούν λειτουργίες OAM (τόσο θεμελιώδους όσο και ανώτερης τάξης) για να αυξήσουν τη χωρητικότητα των καναλιών επικοινωνίας. «Η δυνατότητα επιλεκτικής χειραγώγησης των τρόπων δίνης από τα κύματα φωτός και ήχου [είναι] μια πολύ συναρπαστική ιδέα», λέει ο Stiller.

Οι ερευνητές, οι οποίοι αναλύουν το έργο τους σε Προκαταβολές Επιστήμη, τώρα σχεδιάζουν να μελετήσουν περισσότερα εξωτικά ηχητικά κύματα που έχουν ασυνήθιστες δομές. «Θέλουμε να δούμε πώς αυτά τα κύματα αλληλεπιδρούν με το φως στις χειρόμορφες οπτικές ίνες», λέει ο Στίλερ Κόσμος Φυσικής.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/sound-waves-break-light-transmission-reciprocity/