चीन और जापान के शोधकर्ताओं द्वारा प्रकाश के लिए "वन-वे स्ट्रीट" की तरह काम करने वाले उपकरणों को बनाने की एक नई विधि विकसित की गई है। तकनीक, जो गैर-रैखिक ऑप्टिकल सिस्टम में गतिशील पारस्परिकता की सीमा को तोड़ती है, फोटॉन-आधारित सूचना प्रसंस्करण में अनुप्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण हो सकती है।
पारस्परिकता - या अधिक सटीक रूप से, लोरेंत्ज़ पारस्परिकता - प्रकाशिकी का एक मूलभूत सिद्धांत है जो यह तय करता है कि विद्युत चुम्बकीय संकेतों को एक ऑप्टिकल फाइबर या विद्युत सर्किट के माध्यम से दोनों दिशाओं में स्वतंत्र रूप से प्रसारित करना चाहिए। एक माइक्रोवेव पल्स, उदाहरण के लिए, वेवगाइड के साथ किसी भी दिशा में यात्रा कर सकता है और एक प्रकाश संकेत एक ऑप्टिकल फाइबर के साथ दोनों तरह से आगे बढ़ सकता है। यह दो-तरफ़ा ट्रैफ़िक बैकस्कैटरिंग जैसी समस्याएँ पैदा कर सकता है, जो प्रेषित सिग्नल की शक्ति को कम करता है।
पारस्परिकता से बचने के लिए कुछ प्रौद्योगिकियां पहले से मौजूद हैं। रडार माइक्रोवेव ट्रांसमीटरों में आइसोलेटर्स, उदाहरण के लिए, परावर्तित (पीछे की ओर) दिशा में यात्रा करने वाली तरंगों को अलग करने के लिए एक बड़े बाहरी चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करके पारस्परिकता नियम को प्राप्त करते हैं। हालांकि, इसे प्राप्त करने के लिए नियोजित उपकरण, फैराडे रोटर्स कहलाते हैं, मैग्नेटो-ऑप्टिकल प्रभाव पर भरोसा करते हैं, और इस प्रकार मजबूत, भारी मैग्नेट की आवश्यकता होती है। ऐसे चुंबक फोटोनिक चिप्स के साथ असंगत होते हैं, और वे सर्किट की बिजली खपत में भी काफी वृद्धि करते हैं। जबकि गैर-चुंबकीय आइसोलेटर विकसित किए गए हैं, उनका प्रदर्शन अब तक खराब रहा है।
केर अरैखिकता
लोरेंत्ज़ पारस्परिकता को तोड़ने का एक वैकल्पिक तरीका केर नॉनलाइनरिटी जैसे ऑप्टिकल नॉनलाइनियर प्रभावों का उपयोग करना है, जो तब देखा जाता है जब उच्च-तीव्रता वाला प्रकाश एक माध्यम से फैलता है। इस आशय की सबसे सरल अभिव्यक्ति को माध्यम के अपवर्तनांक में परिवर्तन के रूप में वर्णित किया जा सकता है जो प्रकाश की तीव्रता के समानुपाती होता है। मैग्नेटो-ऑप्टिकल प्रभावों के विपरीत, इस तरह के ऑप्टिकल नॉनलाइनरिटी का उपयोग करने वाले गैर-पारस्परिक उपकरण फोटोनिक चिप एकीकरण के साथ संगत हैं, बताते हैं केयू ज़िया of नानजिंग विश्वविद्यालय, नानजिंग, जिन्होंने साथ मिलकर नए शोध प्रयास का नेतृत्व किया फ्रेंको नोरी का रिकेन क्वांटम कंप्यूटिंग सेंटर. सिलिकॉन समेत कई ऑप्टिकल सामग्रियों में केर गैर-रैखिकता मौजूद है, जो फोटोनिक्स में व्यापक रूप से कार्यरत है।
ज़िया कहते हैं, नॉनलाइनियर आइसोलेटर्स और सर्कुलेटर्स को डिज़ाइन करते समय, वैज्ञानिक व्यक्तिगत रूप से सर्किट या वेवगाइड में सामग्री के केर नॉनलाइनरिटी को ध्यान में रखने के आदी होते हैं। "इससे ये होता है 'गतिशील पारस्परिकता', जो एक और समस्या का कारण बनता है: एक नॉनलाइनियर नॉनरेसिप्रोसिटी डिवाइस बैकस्कैटरिंग को ब्लॉक नहीं कर सकता है जब फॉरवर्ड और बैकवर्ड-प्रॉपेगेटिंग लाइट फील्ड एक ही समय में डिवाइस में प्रवेश करते हैं, इसलिए ऑप्टिकल आइसोलेटर्स के रूप में उपयोग किए जाने वाले केर-मोड नॉनलाइनियर डिवाइस पर एक मौलिक बाधा डालते हैं। .
ज़िया और सहकर्मियों ने अब दिखाया है कि इस समस्या को दूर करने के लिए एक गैर-रैखिक ऑप्टिकल सामग्री, जैसे कि सिलिकॉन, का उपयोग किया जा सकता है और दो अलग-अलग गैर-रैखिक प्रभावों पर विचार किए जाने पर ऑन-चिप डिवाइस (जैसे ऑप्टिकल आइसोलेटर्स और परिसंचरण) बना सकते हैं। पहला, स्व-केर प्रभाव के रूप में जाना जाता है, एक ऑप्टिकल गैर-रैखिकता प्रभाव है जो क्षेत्र में फोटॉनों की संख्या के वर्ग के अनुपात में एक चरण बदलाव पैदा करता है। दूसरा, जिसे क्रॉस-केर नॉनलाइनरिटी कहा जाता है, एक सुसंगत प्रभाव है जो नाटकीय रूप से माध्यम की ऑप्टिकल प्रतिक्रिया को चयनित आवृत्तियों पर प्रकाश में बदलता है।
गतिशील गैर पारस्परिकता प्राप्त करना
नई तकनीक काम करती है क्योंकि अधिकांश ऑप्टिकल नॉनलाइनियर सामग्रियों में, स्व- और क्रॉस-केर नॉनलाइनरिटी में अलग-अलग ताकत होती है। जब आगे- और पीछे-प्रचारित प्रकाश क्षेत्र एक ही समय में एक माइक्रो-रिंग अनुनादक (एक सिलिकॉन-आधारित गैर-रैखिक सामग्री से बने) जैसे उपकरण में प्रवेश करते हैं, तो स्वयं- और क्रॉस-केर गैर-रैखिकता से आने वाले मॉड्यूलेशन का कारण बन सकता है आगे और पीछे-परिसंचारी मोड के लिए विभिन्न अनुनाद आवृत्तियों। इन्हें सामान्य रूप से क्लॉकवाइज और काउंटर-क्लॉकवाइज मोड के रूप में दर्शाया जाता है। ज़िया बताते हैं, "हमने इस चिरायता का उपयोग एक निष्क्रिय प्रणाली में गतिशील गैर-पारस्परिकता को प्राप्त करने के लिए किया है जिसमें माइक्रो-रिंग गुंजयमान यंत्र, दो वेवगाइड और एक अवशोषक शामिल हैं।"
ध्वनि तरंगें प्रकाश संचरण पारस्परिकता को तोड़ती हैं
"हमारा प्रस्तावित तरीका गैर-रैखिक प्रकाशिकी पर लगाए गए गतिशील पारस्परिकता के मूलभूत अवरोध को दरकिनार करता है," वे बताते हैं भौतिकी की दुनिया. "एक ही अवधारणा को प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित किया गया है स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में एक और समूह ऑन-चिप ऑप्टिकल आइसोलेटर के लिए। हमारा काम प्रकाशित हो चुकी है। चीनी भौतिकी के पत्र, ऑन-चिप ऑप्टिकल आइसोलेटर्स और सर्कुलेटर्स को साकार करने के लिए एक द्वार खोलता है, और इस प्रकार फोटोनिक चिप्स के एकीकरण पैमाने और कार्य को बढ़ावा देगा।
शोधकर्ता अब अपनी प्रयोगशाला में अपने एकीकृत गैरपारस्परिक उपकरणों का परीक्षण कर रहे हैं। इस पद्धति में लागू माइक्रो-रिंग गुंजयमान यंत्र उपलब्ध गैर-पारस्परिक बैंडविड्थ को लगभग सैकड़ों मेगाहर्ट्ज के एक बहुत ही संकीर्ण पैमाने पर गंभीर रूप से सीमित करता है, इसलिए वे केवल केर-नॉनलाइनियर ऑप्टिकल वेवगाइड्स का उपयोग करके इसे सुधारने और तथाकथित सम्मिलन नुकसान को कम करने की योजना बनाते हैं। ज़िया कहते हैं, "इस तरह की एक नई डिज़ाइन ऑन-चिप नॉनलाइनियर आइसोलेटर्स और परिसंचरण के कई महत्वपूर्ण और व्यावहारिक अनुप्रयोगों की अनुमति देगी क्योंकि यह फोटोनिक जानकारी को तेज़ी से और कम प्रकाश हानि के साथ संसाधित कर सकती है।"
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- स्रोत: https://physicsworld.com/a/nonlinear-resonator-breaks-dynamic-optical-nonreciprocity/
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