Een nieuwe methode voor het maken van apparaten die als eenrichtingsverkeer voor licht fungeren, is ontwikkeld door onderzoekers in China en Japan. De techniek, die de limiet van dynamische wederkerigheid in niet-lineaire optische systemen doorbreekt, zou belangrijk kunnen zijn voor toepassingen in op fotonen gebaseerde informatieverwerking.
Wederkerigheid โ of beter gezegd Lorentz-wederkerigheid โ is een fundamenteel principe van de optica dat bepaalt dat elektromagnetische signalen zich vrijelijk in beide richtingen moeten voortplanten via een optische vezel of een elektrisch circuit. Een microgolfpuls kan zich bijvoorbeeld in beide richtingen langs een golfgeleider voortbewegen en een lichtsignaal kan langs een optische vezel in beide richtingen bewegen. Dit tweerichtingsverkeer kan problemen veroorzaken zoals terugverstrooiing, waardoor de sterkte van het verzonden signaal afneemt.
Er bestaan โโal technologieรซn om wederkerigheid te vermijden. Isolatoren in radarmicrogolfzenders omzeilen bijvoorbeeld de wederkerigheidsregel door een groot extern magnetisch veld te gebruiken om de golven te isoleren die zich in de gereflecteerde (achterwaartse) richting voortbewegen. De apparaten die hiervoor worden gebruikt, de zogenaamde Faraday-rotoren, zijn echter afhankelijk van het magneto-optische effect en vereisen dus sterke, zware magneten. Dergelijke magneten zijn niet compatibel met fotonische chips en verhogen ook het stroomverbruik van circuits aanzienlijk. Hoewel er niet-magnetische isolatoren zijn ontwikkeld, zijn hun prestaties tot nu toe slecht geweest.
Kerr niet-lineariteit
Een alternatieve manier om de Lorentz-wederkerigheid te doorbreken is het gebruik van optische niet-lineaire effecten zoals Kerr-niet-lineariteit, die wordt waargenomen wanneer licht met hoge intensiteit zich door een medium voortplant. De eenvoudigste manifestatie van dit effect kan worden omschreven als een verandering in de brekingsindex van het medium die evenredig is met de intensiteit van het licht. In tegenstelling tot magneto-optische effecten zijn niet-reciproke apparaten die dergelijke optische niet-lineariteit gebruiken compatibel met fotonische chipintegratie, legt uit Keyu Xia of Nanjing Universiteit, Nanjing, die samen met de nieuwe onderzoeksinspanning leidde Franco Noric van de RIKEN Quantum Computercentrum. Kerr-niet-lineariteit komt voor in veel optische materialen, waaronder silicium, dat op grote schaal wordt gebruikt in de fotonica.
Bij het ontwerpen van niet-lineaire isolatoren en circulatoren zijn wetenschappers gewend rekening te houden met de Kerr-niet-lineariteit van materialen afzonderlijk in een circuit of golfgeleider, voegt Xia toe. "Dit leidt tot 'dynamische wederkerigheid', wat een ander probleem veroorzaakt: een niet-lineair niet-reciprociteitsapparaat kan de terugverstrooiing niet blokkeren wanneer de voorwaartse en achterwaarts voortplantende lichtvelden tegelijkertijd het apparaat binnenkomen, waardoor een fundamentele beperking wordt opgelegd aan niet-lineaire apparaten in de Kerr-modus die als optische isolatoren worden gebruikt, legt hij uit. .
Xia en collega's hebben nu aangetoond dat een niet-lineair optisch materiaal, zoals silicium, kan worden gebruikt om dit probleem te overwinnen en apparaten op de chip te maken (zoals optische isolatoren en circulatoren) wanneer twee afzonderlijke niet-lineariteitseffecten in aanmerking worden genomen. Het eerste, bekend als het zelf-Kerr-effect, is een optisch niet-lineariteitseffect dat een faseverschuiving veroorzaakt die evenredig is met het kwadraat van het aantal fotonen in het veld. De tweede, cross-Kerr-niet-lineariteit genoemd, is een coherent effect dat de optische respons van het medium op licht bij geselecteerde frequenties dramatisch verandert.
Het bereiken van dynamische niet-wederkerigheid
De nieuwe techniek werkt omdat in de meeste optische niet-lineaire materialen de zelf- en cross-Kerr-niet-lineariteiten verschillende sterktes hebben. Wanneer de voorwaarts en achterwaarts voortplantende lichtvelden tegelijkertijd een apparaat binnenkomen, zoals een microringresonator (gemaakt van een op silicium gebaseerd niet-lineair materiaal), kan de modulatie die afkomstig is van de zelf- en kruis-Kerr-niet-lineariteiten daarom leiden tot verschillende resonantiefrequenties voor de voorwaartse en achterwaartse circulatiemodi. Deze worden normaal gesproken aangeduid als de modi met de klok mee en tegen de klok in. โWe hebben gebruik gemaakt van deze chiraliteit om dynamische niet-wederkerigheid te bereiken in een passief systeem dat bestaat uit een microringresonator, twee golfgeleiders en een absorberโ, legt Xia uit.
Geluidsgolven breken de wederkerigheid van de lichttransmissie
โOnze voorgestelde methode omzeilt de fundamentele beperking van dynamische wederkerigheid die wordt opgelegd aan niet-lineaire opticaโ, vertelt hij. Natuurkunde wereld. โHetzelfde concept is experimenteel aangetoond door een andere groep aan Stanford University voor een optische isolator op de chip. Ons werk, gepubliceerd in Chinese natuurkundebrieven, opent een deur voor het realiseren van optische isolatoren en circulatoren op de chip, en zal zo de integratieschaal en functie van fotonische chips vergroten.โ
De onderzoekers testen nu hun geรฏntegreerde niet-reciproke apparaten in hun laboratorium. De toegepaste microringresonator in deze methode beperkt de beschikbare niet-reciproke bandbreedte ernstig tot een zeer smalle schaal, van ongeveer honderden MHz, dus zijn ze van plan dit te verbeteren en de zogenaamde invoegverliezen te verminderen door alleen Kerr-niet-lineaire optische golfgeleiders te gebruiken. โEen dergelijk nieuw ontwerp zou veel belangrijke en praktische toepassingen van niet-lineaire isolatoren en circulatoren op de chip mogelijk maken, omdat deze fotonische informatie sneller en met minder lichtverlies kunnen verwerkenโ, zegt Xia.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- Bron: https://physicsworld.com/a/nonlinear-resonator-breaks-dynamic-optical-nonreciprocity/
- a
- Over
- Account
- Bereiken
- Handelen
- Voegt
- al
- alternatief
- en
- Nog een
- toepassingen
- toegepast
- rond
- geregeld
- Beschikbaar
- het vermijden van
- bandbreedte
- omdat
- Blok
- boost
- Breken
- breaks
- Helder
- Bos
- Dit betekent dat we onszelf en onze geliefden praktisch vergiftigen.
- kan niet
- Veroorzaken
- oorzaken
- verandering
- Wijzigingen
- China
- spaander
- chips
- Circle
- SAMENHANGEND
- collega's
- komst
- verenigbaar
- computergebruik
- concept
- beschouwd
- bestaande uit
- consumptie
- contrast
- kon
- gedemonstreerd
- beschreven
- Design
- ontwerpen
- ontwikkelde
- apparaat
- systemen
- anders
- verschillend
- richting
- distributie
- Deur
- dramatisch
- gedurende
- dynamisch
- effect
- duurt
- inspanning
- beide
- Elektrisch
- Enter
- voorbeeld
- bestaat
- experiment
- Verklaart
- extern
- sneller
- veld-
- Velden
- Voornaam*
- Naar voren
- oppompen van
- functie
- fundamenteel
- krijgen
- Groep
- Echter
- HTTPS
- Honderden
- beeld
- belangrijk
- opgelegd
- indrukwekkend
- verbeteren
- in
- Inclusief
- Laat uw omzet
- index
- individueel
- informatie
- geรฏntegreerde
- integratie
- kwestie
- IT
- Japan
- bekend
- laboratorium
- Groot
- Leads
- LED
- licht
- Lichtvelden
- LIMIT
- grenzen
- LOOKS
- uit
- verliezen
- gemaakt
- Magnetisch veld
- magneten
- maken
- maken
- veel
- materiaal
- materieel
- max-width
- Medium
- methode
- modi
- meer
- meest
- beweging
- NATUUR
- New
- normaal
- aantal
- opent
- optiek
- Overwinnen
- passief
- prestatie
- fase
- Fotonen
- Fysica
- plan
- Plato
- Plato gegevensintelligentie
- PlatoData
- arm
- energie
- PRAKTISCH
- Precies
- principe
- probleem
- problemen
- verwerking
- voorgestelde
- gepubliceerde
- pols
- Quantum
- quantum computing
- radar
- realiseren
- verminderen
- vermindert
- weerspiegeld
- vereisen
- onderzoek
- onderzoekers
- resonantie
- antwoord
- RIKEN
- Regel
- dezelfde
- zegt
- Scale
- wetenschappers
- Tweede
- gekozen
- apart
- verschuiving
- getoond
- Signaal
- signalen
- Silicium
- So
- dusver
- Geluid
- vierkant
- sterkte
- sterke punten
- sterke
- dergelijk
- system
- Systems
- het nemen
- Technologies
- vertelt
- Testen
- De
- hun
- daarom
- Door
- thumbnail
- niet de tijd of
- naar
- samen
- verkeer
- zenders
- reizen
- waar
- universiteit-
- .
- golven
- manieren
- welke
- en
- WIE
- wijd
- wil
- Mijn werk
- Bedrijven
- zou
- zephyrnet