Las ondas de sonido rompen la reciprocidad de transmisión de luz.

Normalmente, la luz transmite lo mismo en ambas direcciones: si puedo verte, puedes verme. Ahora, sin embargo, los investigadores han creado un dispositivo que utiliza ondas sonoras viajeras para romper esta simetría, reduciendo así los fenómenos ópticos no deseados, como la retrodispersión. El nuevo dispositivo es el primero en producir este efecto beneficioso para los vórtices ópticos selectivos, que se utilizan en comunicaciones ópticas, y también podría tener aplicaciones para pinzas ópticas y láseres basados ​​en vórtices.

Los vórtices son omnipresentes en la naturaleza, en gases, fluidos, plasma y ADN, por ejemplo. En los vórtices ópticos, el frente de onda de un haz de luz gira en espiral alrededor del eje central de propagación del haz, adoptando una forma helicoidal con intensidad cero en el núcleo. Este efecto en espiral se produce porque la luz transporta el momento angular orbital (OAM). Esta forma de momento angular es distinta del momento angular de espín más familiar, que se manifiesta en la polarización, y solo se descubrió en 1992.

Debido a que la información se puede codificar en OAM, los vórtices ópticos son muy prometedores para la multiplexación, que es el proceso de enviar múltiples señales ópticas por una sola fibra con mínima interferencia u otros efectos perjudiciales. Sin embargo, hasta ahora ha sido un desafío fabricar dispositivos en los que ciertos modelos de vórtice se propaguen en una sola dirección. Esto se debe a un principio fundamental de la óptica conocido como reciprocidad, que implica que las señales de luz se propagarán libremente en ambas direcciones a través de una fibra óptica. Dicho tráfico bidireccional puede causar problemas como la retrodispersión que reduce la fuerza de la señal transmitida.

Las ondas sonoras manipulan las ondas ópticas.

Un equipo liderado por XinglinZeng, felipe russel y Birgit Stiller de las Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz ahora ha utilizado la propagación de ondas de sonido para romper esta reciprocidad de transmisión de luz para los modelos de vórtice elegidos. En su trabajo, utilizaron las ondas de sonido para manipular las ondas ópticas en una fibra de cristal fotónico quiral a través de una interacción conocida como dispersión de Brillouin-Mandelstam estimulada por topología selectiva. Los investigadores explican que, a medida que las ondas de sonido viajan en una dirección, naturalmente permiten un comportamiento no recíproco para la interacción optoacústica. De esta forma, los modos OAM pueden suprimirse o amplificarse fuertemente, evitando la retrodispersión aleatoria y minimizando así la degradación de la señal.

Stiller y sus colegas informan que su nuevo dispositivo se puede reconfigurar como un amplificador o como un aislante de vórtice óptico ajustando la frecuencia de la señal de control. De hecho, demostraron un aislamiento de vórtice de 22 decibelios, que se compara bien con los mejores aisladores de modo fundamental que utilizan la dispersión Brillouin-Mandelstam estimulada.

Investigadores encuentran momento angular 'perdido'

Según Stiller, las aplicaciones potenciales del dispositivo incluyen esquemas de enredo y comunicación cuántica basados ​​en OAM, así como comunicaciones ópticas clásicas que usan modos OAM (tanto fundamental como de orden superior) para aumentar la capacidad de los canales de comunicación. "La posibilidad de manipulación selectiva de los modos de vórtice por ondas de luz y sonido [es] un concepto muy fascinante", dice Stiller.

Los investigadores, que detallan su trabajo en Science Advances, ahora planea estudiar ondas de sonido más exóticas que tienen estructuras inusuales. "Queremos ver cómo interactúan estas ondas con la luz en las fibras ópticas quirales", dice Stiller. Mundo de la física.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/sound-waves-break-light-transmission-reciprocity/