Naukowcy z Chin i Japonii opracowali nową metodę tworzenia urządzeń, które działają jak „jednokierunkowa ulica” dla światła. Technika, która przekracza granicę dynamicznej wzajemności w nieliniowych układach optycznych, może mieć znaczenie dla zastosowań w przetwarzaniu informacji opartym na fotonach.
Wzajemność – a dokładniej wzajemność Lorentza – jest podstawową zasadą optyki, która stanowi, że sygnały elektromagnetyczne muszą swobodnie rozprzestrzeniać się w obu kierunkach przez światłowód lub obwód elektryczny. Na przykład impuls mikrofalowy może przemieszczać się w dowolnym kierunku wzdłuż falowodu, a sygnał świetlny może poruszać się w obu kierunkach wzdłuż światłowodu. Ten dwukierunkowy ruch może powodować problemy, takie jak rozpraszanie wsteczne, które zmniejsza siłę przesyłanego sygnału.
Istnieją już pewne technologie unikania wzajemności. Na przykład izolatory w radarowych nadajnikach mikrofalowych omijają zasadę wzajemności, wykorzystując duże zewnętrzne pole magnetyczne do izolowania fal poruszających się w kierunku odbitym (do tyłu). Jednak urządzenia stosowane do tego celu, zwane wirnikami Faradaya, opierają się na efekcie magneto-optycznym, a zatem wymagają silnych, ciężkich magnesów. Magnesy takie są niekompatybilne z układami fotonicznymi, a ponadto znacznie zwiększają pobór mocy obwodów. Chociaż opracowano izolatory niemagnetyczne, ich wydajność była jak dotąd słaba.
Nieliniowość Kerra
Alternatywnym sposobem na złamanie wzajemności Lorentza jest wykorzystanie optycznych efektów nieliniowych, takich jak nieliniowość Kerra, którą obserwuje się, gdy światło o dużym natężeniu rozchodzi się przez ośrodek. Najprostszy przejaw tego efektu można opisać jako zmianę współczynnika załamania światła ośrodka proporcjonalną do natężenia światła. W przeciwieństwie do efektów magneto-optycznych, urządzenia nieodwrotne wykorzystujące taką nieliniowość optyczną są kompatybilne z integracją chipów fotonicznych, wyjaśnia Keyu Xia of Uniwersytet Nanjing, Nanjing, który kierował nowym wysiłkiem badawczym wraz z Franco Noriego ukończenia Centrum obliczeń kwantowych RIKEN. Nieliniowość Kerra występuje w wielu materiałach optycznych, w tym w krzemie, który jest szeroko stosowany w fotonice.
Dodaje Xia, projektując nieliniowe izolatory i cyrkulatory, naukowcy są przyzwyczajeni do uwzględniania nieliniowości Kerra poszczególnych materiałów w obwodzie lub falowodzie. "To prowadzi do „dynamiczna wzajemność”, co powoduje kolejny problem: nieliniowe urządzenie nieodwrotności nie może blokować rozpraszania wstecznego, gdy pola światła propagujące się do przodu i do tyłu docierają do urządzenia w tym samym czasie, co nakłada fundamentalne ograniczenie na nieliniowe urządzenia w trybie Kerra używane jako izolatory optyczne” – wyjaśnia .
Xia i współpracownicy wykazali teraz, że nieliniowy materiał optyczny, taki jak krzem, może być użyty do przezwyciężenia tego problemu i stworzenia urządzeń na chipie (takich jak izolatory optyczne i cyrkulatory), gdy rozważane są dwa oddzielne efekty nieliniowości. Pierwszy, znany jako efekt samo-Kerra, jest optycznym efektem nieliniowości, który powoduje przesunięcie fazowe proporcjonalne do kwadratu liczby fotonów w polu. Drugi, określany jako nieliniowość krzyżowa Kerra, to spójny efekt, który radykalnie zmienia odpowiedź optyczną ośrodka na światło o wybranych częstotliwościach.
Osiągnięcie dynamicznej niewzajemności
Nowa technika działa, ponieważ w większości optycznych materiałów nieliniowych nieliniowości samo- i krzyżowe Kerra mają różną siłę. Kiedy rozchodzące się do przodu i do tyłu pola światła wchodzą jednocześnie do urządzenia, takiego jak rezonator mikropierścieniowy (wykonany z nieliniowego materiału na bazie krzemu), modulacja pochodząca z nieliniowości samo- i krzyżowej Kerra może zatem powodować różne częstotliwości rezonansowe dla trybów krążenia do przodu i do tyłu. Są one zwykle oznaczane jako tryby zgodne z ruchem wskazówek zegara i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. „Wykorzystaliśmy tę chiralność, aby osiągnąć dynamiczną brak wzajemności w układzie pasywnym składającym się z rezonatora mikropierścieniowego, dwóch falowodów i absorbera” — wyjaśnia Xia.
Fale dźwiękowe łamią wzajemność transmisji światła
„Nasza proponowana metoda omija fundamentalne ograniczenie dynamicznej wzajemności nałożonej na optykę nieliniową” — mówi. Świat Fizyki. „Ta sama koncepcja została zademonstrowana eksperymentalnie przez inna grupa na Uniwersytecie Stanforda dla wbudowanego izolatora optycznego. Nasza praca, opublikowana w Chińskie litery fizyki, otwiera drzwi do realizacji wbudowanych izolatorów optycznych i cyrkulatorów, a tym samym zwiększy skalę integracji i funkcjonalność chipów fotonicznych”.
Naukowcy testują teraz w swoim laboratorium zintegrowane, nieodwrotne urządzenia. Zastosowany w tej metodzie rezonator mikropierścieniowy poważnie ogranicza dostępną nieodwrotną szerokość pasma do bardzo wąskiej skali, około setek MHz, dlatego planują to poprawić i zmniejszyć tzw. straty wtrąceniowe, stosując wyłącznie nieliniowe falowody optyczne Kerra. „Taki nowy projekt pozwoliłby na wiele ważnych i praktycznych zastosowań wbudowanych nieliniowych izolatorów i cyrkulatorów, ponieważ może przetwarzać informacje fotoniczne szybciej i przy mniejszych stratach światła”, mówi Xia.
- Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
- Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
- Źródło: https://physicsworld.com/a/nonlinear-resonator-breaks-dynamic-optical-nonreciprocity/
- a
- O nas
- Konto
- Osiągać
- działać
- Dodaje
- już
- alternatywny
- i
- Inne
- aplikacje
- stosowany
- na około
- ułożone
- dostępny
- unikając
- przepustowość
- bo
- Blokować
- podnieść
- przerwa
- przerwy
- Jasny
- Pęczek
- nazywa
- nie może
- Spowodować
- Przyczyny
- zmiana
- Zmiany
- Chiny
- żeton
- Frytki
- Okrągłe
- ZGODNY
- koledzy
- przyjście
- zgodny
- computing
- pojęcie
- za
- Składający się
- konsumpcja
- kontrast
- mógłby
- wykazać
- opisane
- Wnętrze
- projektowanie
- rozwinięty
- urządzenie
- urządzenia
- różne
- różni się
- kierunek
- 分配
- Drzwi
- dramatycznie
- podczas
- dynamiczny
- efekt
- ruchomości
- wysiłek
- bądź
- elektryczny
- Wchodzę
- przykład
- istnieje
- eksperyment
- Objaśnia
- zewnętrzny
- szybciej
- pole
- Łąka
- i terminów, a
- Naprzód
- od
- funkcjonować
- fundamentalny
- otrzymać
- Zarządzanie
- Jednak
- HTTPS
- Setki
- obraz
- ważny
- nałożone
- imponujący
- podnieść
- in
- Włącznie z
- Zwiększać
- wskaźnik
- Indywidualnie
- Informacja
- zintegrowany
- integracja
- problem
- IT
- Japonia
- znany
- laboratorium
- duży
- Wyprowadzenia
- Doprowadziło
- lekki
- Jasne pola
- LIMIT
- Limity
- WYGLĄD
- od
- straty
- zrobiony
- Pole magnetyczne
- Magnesy
- robić
- Dokonywanie
- wiele
- materiał
- materiały
- Maksymalna szerokość
- średni
- metoda
- Tryby
- jeszcze
- większość
- ruch
- Natura
- Nowości
- normalnie
- numer
- otwiera
- optyka
- Przezwyciężać
- pasywny
- jest gwarancją najlepszej jakości, które mogą dostarczyć Ci Twoje monitory,
- faza
- Fotony
- Fizyka
- krok po kroku
- plato
- Analiza danych Platona
- PlatoDane
- biedny
- power
- Praktyczny
- precyzyjnie
- zasada
- Problem
- problemy
- wygląda tak
- przetwarzanie
- zaproponowane
- opublikowany
- puls
- Kwant
- informatyka kwantowa
- radar
- zrealizowanie
- zmniejszyć
- zmniejsza
- odzwierciedlenie
- wymagać
- Badania naukowe
- Badacze
- rezonans
- odpowiedź
- RIKEN
- Zasada
- taki sam
- mówią
- Skala
- Naukowcy
- druga
- wybrany
- oddzielny
- przesunięcie
- pokazane
- Signal
- Sygnały
- Krzem
- So
- dotychczas
- Dźwięk
- Kwadratowa
- jest determinacja.
- silne strony
- silny
- taki
- system
- systemy
- biorąc
- Technologies
- mówi
- Testowanie
- Połączenia
- ich
- w związku z tym
- Przez
- miniatur
- czas
- do
- razem
- ruch drogowy
- Przetworniki
- podróżować
- prawdziwy
- uniwersytet
- posługiwać się
- fale
- sposoby
- który
- Podczas
- KIM
- szeroko
- będzie
- Praca
- działa
- by
- zefirnet