Fale dźwiękowe łamią wzajemność transmisji światła

Zwykle światło przepuszcza to samo w obu kierunkach: jeśli ja ciebie widzę, ty mnie widzisz. Teraz jednak naukowcy stworzyli urządzenie, które wykorzystuje przemieszczające się fale dźwiękowe do złamania tej symetrii, redukując w ten sposób niepożądane zjawiska optyczne, takie jak rozpraszanie wsteczne. Nowe urządzenie jest pierwszym, które daje ten korzystny efekt w przypadku selektywnych wirów optycznych, które są wykorzystywane w komunikacji optycznej, a także może mieć zastosowanie w pęsetach optycznych i laserach opartych na wirach.

Wiry są wszechobecne w przyrodzie – na przykład w gazach, płynach, plazmie i DNA. W wirach optycznych czoło fali wiązki światła wiruje wokół centralnej osi propagacji wiązki, przybierając spiralny kształt o zerowym natężeniu w rdzeniu. Ten efekt spirali powstaje, ponieważ światło przenosi orbitalny moment pędu (OAM). Ta forma momentu pędu różni się od bardziej znanego spinowego momentu pędu, który przejawia się w polaryzacji i została odkryta dopiero w 1992 roku.

Ponieważ informacje mogą być kodowane w OAM, wiry optyczne są bardzo obiecujące dla multipleksowania, czyli procesu przesyłania wielu sygnałów optycznych przez pojedyncze włókno przy minimalnych zakłóceniach lub innych szkodliwych skutkach. Jednak jak dotąd trudno było stworzyć urządzenia, w których pewne modele wirów rozchodzą się tylko w jednym kierunku. Wynika to z fundamentalnej zasady optyki znanej jako wzajemność, która oznacza, że ​​sygnały świetlne będą się swobodnie rozprzestrzeniać w obu kierunkach przez światłowód. Taki dwukierunkowy ruch może powodować problemy, takie jak rozpraszanie wsteczne, które zmniejsza siłę przesyłanego sygnału.

Fale dźwiękowe manipulują falami optycznymi

Zespół kierowany przez Xinglin Zeng, Filip Russel i Birgit Stiller ukończenia Max Planck Instytut Nauki o Świetle wykorzystał teraz rozchodzące się fale dźwiękowe, aby przełamać tę wzajemność transmisji światła dla wybranych modeli wirów. W swojej pracy wykorzystali fale dźwiękowe do manipulowania falami optycznymi w chiralnym włóknie kryształu fotonicznego poprzez interakcję znaną jako selektywnie topologicznie stymulowane rozpraszanie Brillouina-Mandelstama. Naukowcy wyjaśniają, że gdy fale dźwiękowe przemieszczają się w jednym kierunku, w naturalny sposób umożliwiają nieodwrotne zachowanie interakcji optoakustycznych. W ten sposób tryby OAM mogą być silnie stłumione lub wzmocnione, zapobiegając przypadkowemu rozpraszaniu wstecznemu, a tym samym minimalizując degradację sygnału.

Stiller i współpracownicy donoszą, że ich nowe urządzenie można rekonfigurować jako wzmacniacz lub optyczny izolator wirów, dostosowując częstotliwość sygnału sterującego. Rzeczywiście, zademonstrowali izolację wirów na poziomie 22 decybeli, co dobrze wypada w porównaniu z najlepszymi izolatorami trybu podstawowego, które wykorzystują stymulowane rozpraszanie Brillouina-Mandelstama.

Naukowcy znajdują „utracony” moment pędu

Według Stillera, potencjalne zastosowania urządzenia obejmują komunikację kwantową i schematy splątania oparte na OAM, a także klasyczną komunikację optyczną, która wykorzystuje tryby OAM (zarówno podstawowe, jak i wyższego rzędu) w celu zwiększenia przepustowości kanałów komunikacyjnych. „Możliwość selektywnej manipulacji trybami wirów za pomocą fal świetlnych i dźwiękowych [jest] bardzo fascynującą koncepcją” – mówi Stiller.

Badacze, którzy szczegółowo opisują swoją pracę w: Postępy nauki, planują teraz zbadać bardziej egzotyczne fale dźwiękowe, które mają niezwykłą strukturę. „Chcemy zobaczyć, jak te fale oddziałują ze światłem w chiralnych światłowodach” – mówi Stiller Świat Fizyki.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/sound-waves-break-light-transmission-reciprocity/