O nouă metodă de fabricare a dispozitivelor care acționează ca o „stradă cu sens unic” pentru lumină a fost dezvoltată de cercetători din China și Japonia. Tehnica, care depășește limita reciprocității dinamice în sistemele optice neliniare, ar putea fi importantă pentru aplicațiile în procesarea informațiilor pe bază de fotoni.
Reciprocitatea – sau mai precis, reciprocitatea Lorentz – este un principiu fundamental al opticii care decretează că semnalele electromagnetice trebuie să se propagă liber în ambele direcții printr-o fibră optică sau un circuit electric. Un impuls de microunde, de exemplu, poate călători în ambele direcții de-a lungul unui ghid de undă, iar un semnal luminos se poate deplasa în ambele sensuri de-a lungul unei fibre optice. Acest trafic în ambele sensuri poate cauza probleme precum backscattering, care reduce puterea semnalului transmis.
Unele tehnologii pentru evitarea reciprocității există deja. Izolatoarele din emițătoarele cu microunde radar, de exemplu, ocolesc regula reciprocității utilizând un câmp magnetic extern mare pentru a izola undele care călătoresc în direcția reflectată (înapoi). Cu toate acestea, dispozitivele folosite pentru a realiza acest lucru, numite rotoare Faraday, se bazează pe efectul magneto-optic și necesită astfel magneți puternici și grei. Astfel de magneți sunt incompatibili cu cipurile fotonice și, de asemenea, cresc considerabil consumul de energie al circuitelor. În timp ce izolatoarele nemagnetice au fost dezvoltate, performanța lor a fost slabă până acum.
Neliniaritatea Kerr
O modalitate alternativă de a întrerupe reciprocitatea Lorentz este utilizarea efectelor optice neliniare, cum ar fi neliniaritatea Kerr, care se observă atunci când lumina de mare intensitate se propagă printr-un mediu. Cea mai simplă manifestare a acestui efect poate fi descrisă ca o modificare a indicelui de refracție al mediului care este proporțională cu intensitatea luminii. Spre deosebire de efectele magneto-optice, dispozitivele nereciproce care utilizează o astfel de neliniaritate optică sunt compatibile cu integrarea cipului fotonic, explică Keyu Xia of Universitatea Nanjing, Nanjing, care a condus noul efort de cercetare împreună cu Franco Nori a Centrul de calcul cuantic RIKEN. Neliniaritatea Kerr există în multe materiale optice, inclusiv siliciu, care este utilizat pe scară largă în fotonică.
Când proiectează izolatoare și circulatoare neliniare, oamenii de știință sunt obișnuiți să ia în considerare neliniaritatea Kerr a materialelor individual într-un circuit sau ghid de undă, adaugă Xia. "Asta duce la „reciprocitate dinamică”, ceea ce provoacă o altă problemă: un dispozitiv neliniar nereciprocitate nu poate bloca răspândirea inversă atunci când câmpurile de lumină care se propagă înainte și înapoi intră în dispozitiv în același timp, impunând astfel o constrângere fundamentală dispozitivelor neliniare în modul Kerr utilizate ca izolatori optici”, explică el. .
Xia și colegii săi au arătat acum că un material optic neliniar, cum ar fi siliciul, poate fi folosit pentru a depăși această problemă și pentru a face dispozitive pe cip (cum ar fi izolatoarele optice și circulatoarele) atunci când sunt luate în considerare două efecte de neliniaritate separate. Primul, cunoscut sub numele de efectul auto-Kerr, este un efect optic de neliniaritate care produce o schimbare de fază proporțională cu pătratul numărului de fotoni din câmp. Al doilea, numit neliniaritate cross-Kerr, este un efect coerent care modifică dramatic răspunsul optic al mediului la lumină la frecvențele selectate.
Realizarea nereciprocității dinamice
Noua tehnică funcționează deoarece în majoritatea materialelor optice neliniare, neliniaritățile auto- și cross-Kerr au puteri diferite. Atunci când câmpurile de lumină care se propagă înainte și înapoi intră în același timp într-un dispozitiv, cum ar fi un rezonator micro-ring (fabricat dintr-un material neliniar pe bază de siliciu), modulația care provine din neliniaritățile auto și cross-Kerr poate provoca, prin urmare, diferite frecvențe de rezonanță pentru modurile de circulație înainte și înapoi. Acestea sunt în mod normal notate ca modurile în sensul acelor de ceasornic și în sens invers acelor de ceasornic. „Am folosit această chiralitate pentru a obține o non-reciprocitate dinamică într-un sistem pasiv format dintr-un rezonator cu micro-inele, două ghiduri de undă și un absorbant”, explică Xia.
Undele sonore rup reciprocitatea transmisiei luminii
„Metoda noastră propusă ocolește constrângerea fundamentală a reciprocității dinamice impusă opticii neliniare”, spune el. Lumea fizicii. „Același concept a fost demonstrat experimental de un alt grup de la Universitatea Stanford pentru un izolator optic pe cip. Lucrarea noastră, publicată în Litere de fizică chineză, deschide o ușă pentru realizarea de izolatoare optice și circulatoare pe cip și, astfel, va spori scala de integrare și funcția cipurilor fotonice.”
Cercetătorii testează acum dispozitivele lor integrate non-reciproce în laboratorul lor. Rezonatorul micro-ring aplicat în această metodă limitează sever lățimea de bandă nereciprocă disponibilă la o scară foarte îngustă, de aproximativ sute de MHz, așa că intenționează să îmbunătățească acest lucru și să reducă așa-numitele pierderi de inserție folosind numai ghiduri de undă optice Kerr-neliniare. „Un astfel de design nou ar permite multe aplicații importante și practice ale izolatoarelor și circulatoarelor neliniare pe cip, deoarece poate procesa informațiile fotonice mai rapid și cu pierderi mai mici de lumină”, spune Xia.
- Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
- Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
- Sursa: https://physicsworld.com/a/nonlinear-resonator-breaks-dynamic-optical-nonreciprocity/
- a
- Despre Noi
- Cont
- Obține
- act
- Adaugă
- deja
- alternativă
- și
- O alta
- aplicatii
- aplicat
- în jurul
- amenajat
- disponibil
- evitarea
- Lățime de bandă
- deoarece
- Bloca
- a stimula
- Pauză
- pauze
- Luminos
- Buchet
- denumit
- nu poti
- Provoca
- cauze
- Schimbare
- Modificări
- China
- cip
- Chips
- Cerc
- COERENT
- colegii
- venire
- compatibil
- tehnica de calcul
- concept
- luate în considerare
- Constând
- consum
- contrast
- ar putea
- demonstrat
- descris
- Amenajări
- proiect
- dezvoltat
- dispozitiv
- Dispozitive
- diferit
- diferite
- direcţie
- distribuire
- De
- dramatic
- în timpul
- dinamic
- efect
- efecte
- efort
- oricare
- electric
- Intrați
- exemplu
- există
- experiment
- explică
- extern
- mai repede
- camp
- Domenii
- First
- Înainte
- din
- funcţie
- fundamental
- obține
- grup
- Totuși
- HTTPS
- sute
- imagine
- important
- impusă
- impozant
- îmbunătăţi
- in
- Inclusiv
- Crește
- index
- Individual
- informații
- integrate
- integrare
- problema
- IT
- Japonia
- cunoscut
- laborator
- mare
- Conduce
- Led
- ușoară
- Câmpuri Luminoase
- LIMITĂ
- Limitele
- Se pare
- de pe
- pierderi
- făcut
- Camp magnetic
- Magneţi
- face
- Efectuarea
- multe
- material
- Materiale
- max-width
- mediu
- metodă
- moduri de
- mai mult
- cele mai multe
- muta
- Natură
- Nou
- în mod normal
- număr
- deschide
- optică
- Învinge
- pasiv
- performanță
- fază
- Fotonii
- Fizică
- plan
- Plato
- Informații despre date Platon
- PlatoData
- sărac
- putere
- Practic
- tocmai
- principiu
- Problemă
- probleme
- proces
- prelucrare
- propus
- publicat
- puls
- Cuantic
- cuantic calcul
- radar
- realizarea
- reduce
- reduce
- reflectat
- necesita
- cercetare
- cercetători
- rezonanță
- răspuns
- RIKEN
- Regula
- acelaşi
- spune
- Scară
- oamenii de stiinta
- Al doilea
- selectate
- distinct
- schimbare
- indicat
- Semnal
- semnalele
- Siliciu
- So
- până acum
- Suna
- pătrat
- rezistenţă
- puncte forte
- puternic
- astfel de
- sistem
- sisteme
- luare
- Tehnologii
- spune
- Testarea
- lor
- prin urmare
- Prin
- miniatura
- timp
- la
- împreună
- trafic
- emițătoare
- călătorie
- adevărat
- universitate
- utilizare
- valuri
- modalități de
- care
- în timp ce
- OMS
- pe larg
- voi
- Apartamente
- fabrică
- ar
- zephyrnet