A hanghullámok megtörik a fényáteresztés kölcsönösségét

Általában a fény mindkét irányba ugyanazt sugározza: ha én látlak téged, te is látsz engem. Most azonban a kutatók létrehoztak egy olyan eszközt, amely mozgó hanghullámok segítségével töri meg ezt a szimmetriát, csökkentve ezzel a nem kívánt optikai jelenségeket, például a visszaszórást. Az új eszköz az első, amely ezt a jótékony hatást fejti ki az optikai kommunikációban használt szelektív optikai örvényekre, és optikai csipeszek és örvény alapú lézerek számára is alkalmazható.

Az örvények a természetben mindenütt jelen vannak – például gázokban, folyadékokban, plazmában és DNS-ben. Az optikai örvényekben a fénysugár hullámfrontja a sugár központi terjedési tengelye körül spirálisan kering, és spirális alakot vesz fel, a magnál nulla intenzitású. Ez a spirális hatás azért jön létre, mert a fény hordozza az orbitális szögmomentumot (OAM). A szögimpulzus ezen formája különbözik az ismertebb spin szögmomentumtól, amely polarizációban nyilvánul meg, és csak 1992-ben fedezték fel.

Mivel az információ OAM-ban kódolható, az optikai örvények sok ígéretet mutatnak a multiplexelésben, amely több optikai jel küldésének folyamata egyetlen szálon minimális interferencia vagy egyéb káros hatások mellett. Mindeddig azonban nagy kihívást jelentett olyan eszközök készítése, amelyekben bizonyos örvénymodellek csak egy irányban terjednek. Ez a kölcsönösségnek nevezett optikai alapelvnek köszönhető, amely azt jelenti, hogy a fényjelek szabadon terjednek mindkét irányban egy optikai szálon keresztül. Az ilyen kétirányú forgalom olyan problémákat okozhat, mint a visszaszórás, ami csökkenti az átvitt jel erősségét.

A hanghullámok manipulálják az optikai hullámokat

Egy csapat vezette Xinglin Zeng, Philip Russel és a Birgit Stiller az Max Planck Fénytudományi Intézet most terjedő hanghullámokat használt, hogy megtörje ezt a fényáteresztési kölcsönösséget a kiválasztott örvénymodellek esetében. Munkájuk során a hanghullámokkal manipulálták az optikai hullámokat egy királis fotonikus kristályszálban egy topológia-szelektív stimulált Brillouin-Mandelstam szórásként ismert kölcsönhatás révén. A kutatók kifejtik, hogy mivel a hanghullámok egy irányba haladnak, természetesen lehetővé teszik az optoakusztikus kölcsönhatás nem kölcsönös viselkedését. Ily módon az OAM módok erősen elnyomhatók vagy felerősíthetők, megakadályozva a véletlenszerű visszaszórást, és így minimálisra csökkentve a jel romlását.

Stiller és munkatársai arról számoltak be, hogy új készüléküket a vezérlőjel frekvenciájának módosításával át lehet konfigurálni erősítőként vagy optikai örvényszigetelőként. Valójában 22 decibeles örvényleválasztást mutattak be, ami jól összehasonlítható a legjobb alapmódú izolátorokkal, amelyek stimulált Brillouin-Mandelstam szórást használnak.

A kutatók „elveszett” szögimpulzusokat találtak

Stiller szerint az eszköz lehetséges alkalmazásai közé tartoznak az OAM-alapú kvantumkommunikációs és összefonódási sémák, valamint a klasszikus optikai kommunikációk, amelyek OAM módokat használnak (mind az alapvető, mind a magasabb rendű) a kommunikációs csatornák kapacitásának növelésére. „Az örvénymódok fény- és hanghullámok általi szelektív manipulálásának lehetősége [nagyon lenyűgöző] koncepció” – mondja Stiller.

A kutatók, akik részletezik munkájukat Tudomány előlegek, most azt tervezi, hogy több egzotikus hanghullámot tanulmányoz, amelyek szokatlan szerkezetűek. „Szeretnénk látni, hogyan lépnek kölcsönhatásba ezek a hullámok a királis optikai szálak fénnyel” – mondja Stiller Fizika Világa.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/sound-waves-break-light-transmission-reciprocity/