音波は光透過の相反性を打ち破る

通常、光は両方向に同じように透過します。私があなたを見ることができれば、あなたも私を見ることができます。 しかし、現在、研究者は、進行する音波を使用してこの対称性を破り、後方散乱などの望ましくない光学現象を減らすデバイスを作成しました。 新しいデバイスは、光通信で使用される選択的な光渦に対してこの有益な効果を生み出す最初のデバイスであり、光ピンセットや渦ベースのレーザーにも応用できる可能性があります。

渦は、気体、流体、プラズマ、DNA など、自然界に遍在しています。 光渦では、光のビームの波面がビームの中心伝播軸の周りに螺旋状になり、コアで強度がゼロのらせん形状をとります。 この螺旋効果は、光が軌道角運動量 (OAM) を運ぶために発生します。 この形式の角運動量は、1992 年に発見されたばかりの分極で現れる、よりよく知られているスピン角運動量とは異なります。

情報は OAM でエンコードできるため、光渦は多重化に大いに期待できます。多重化とは、干渉やその他の有害な影響を最小限に抑えて複数の光信号を単一のファイバーに送信するプロセスです。 ただし、これまでのところ、特定の渦モデルが一方向にのみ伝播するデバイスを作成することは困難でした。 これは、相反性として知られる光学の基本原理によるものです。これは、光信号が光ファイバーを介して両方向に自由に伝搬することを意味します。 このような双方向トラフィックは、送信信号の強度を低下させる後方散乱などの問題を引き起こす可能性があります。

音波は光波を操る

が率いるチーム ゼン・シンリン, フィリップ・ラッセル および ビルギット・スティラー マックスプランク光科学研究所 選択した渦モデルのこの光透過の相互関係を破るために、伝播音波を使用しました。 彼らの研究では、音波を使用して、トポロジ選択的な誘導ブリルアン マンデルスタム散乱として知られる相互作用を介してキラル フォトニック結晶ファイバー内の光波を操作しました。 研究者は、音波が一方向に移動すると、光音響相互作用の非相反動作が自然に可能になると説明しています。 このようにして、OAM モードは強力に抑制または増幅され、ランダムな後方散乱が防止され、信号の劣化が最小限に抑えられます。

Stiller らは、制御信号の周波数を調整することで、新しいデバイスを増幅器または光渦絶縁体として再構成できることを報告しています。 実際、彼らは 22 デシベルの渦分離を実証しました。これは、誘導ブリルアン マンデルスタム散乱を使用する最高の基本モード アイソレータとよく比較されます。

研究者は「失われた」角運動量を見つける

Stiller 氏によると、このデバイスの潜在的なアプリケーションには、OAM ベースの量子通信とエンタングルメント スキーム、および通信チャネルの容量を増やすために OAM モード (基本モードと高次モードの両方) を使用する従来の光通信が含まれます。 「光と音波による渦モードの選択的操作の可能性は、非常に魅力的なコンセプトです」とStiller氏は言います。

で彼らの仕事を詳述する研究者 科学の進歩、現在、異常な構造を持つよりエキゾチックな音波の研究を計画しています。 「私たちは、これらの波がキラル光ファイバーの光とどのように相互作用するかを見たいと思っています」とStillerは言います。 物理学の世界.

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