Undele sonore rup reciprocitatea transmisiei luminii

De obicei, lumina transmite la fel în ambele direcții: dacă te văd, mă poți vedea. Acum, totuși, cercetătorii au creat un dispozitiv care utilizează unde sonore care călătoresc pentru a rupe această simetrie, reducând astfel fenomenele optice nedorite, cum ar fi retroîmprăștierea. Noul dispozitiv este primul care produce acest efect benefic pentru vortexurile optice selective, care sunt utilizate în comunicațiile optice, și ar putea avea aplicații și pentru pensete optice și lasere bazate pe vortex.

Vortexurile sunt omniprezente în natură – în gaze, fluide, plasmă și ADN, de exemplu. În vortexurile optice, frontul de undă al unui fascicul de lumină se învârte în jurul axei centrale de propagare a fasciculului, luând o formă elicoidală cu intensitate zero la miez. Acest efect de spirală apare deoarece lumina poartă moment unghiular orbital (OAM). Această formă de moment unghiular este diferită de momentul unghiular de spin, mai familiar, care se manifestă prin polarizare și a fost descoperit abia în 1992.

Deoarece informațiile pot fi codificate în OAM, vârtejurile optice sunt foarte promițătoare pentru multiplexare, care este procesul de trimitere a mai multor semnale optice pe o singură fibră cu interferențe minime sau alte efecte dăunătoare. Până acum, totuși, a fost o provocare să faci dispozitive în care anumite modele de vortex se propagă doar într-o singură direcție. Acest lucru se datorează unui principiu fundamental al opticii cunoscut sub numele de reciprocitate, care implică faptul că semnalele luminoase se vor propaga liber în ambele direcții printr-o fibră optică. Un astfel de trafic în două sensuri poate cauza probleme precum retrodifuziunea care reduc puterea semnalului transmis.

Undele sonore manipulează undele optice

O echipă condusă de Xinglin Zeng, Philip Russel și Birgit Stiller a Institutul Max Planck pentru Știința Luminii a folosit acum propagarea undelor sonore pentru a rupe această reciprocitate de transmisie a luminii pentru modelele vortex alese. În munca lor, ei au folosit undele sonore pentru a manipula undele optice într-o fibră de cristal fotonic chiral printr-o interacțiune cunoscută sub numele de împrăștiere Brillouin-Mandelstam stimulată selectiv de topologie. Cercetătorii explică că, pe măsură ce undele sonore călătoresc într-o direcție, ele permit în mod natural un comportament non-reciproc pentru interacțiunea optoacustică. În acest fel, modurile OAM pot fi fie puternic suprimate, fie amplificate, prevenind retroîmprăștierea aleatoare și minimizând astfel degradarea semnalului.

Stiller și colegii au raportat că noul lor dispozitiv poate fi reconfigurat ca un amplificator sau ca un izolator optic de vortex prin ajustarea frecvenței semnalului de control. Într-adevăr, au demonstrat o izolare în vortex de 22 de decibeli, care se compară bine cu cei mai buni izolatori de mod fundamental care folosesc împrăștierea stimulată Brillouin-Mandelstam.

Cercetătorii găsesc moment unghiular „pierdut”.

Potrivit lui Stiller, aplicațiile potențiale ale dispozitivului includ scheme de comunicare cuantică și întanglement bazate pe OAM, precum și comunicații optice clasice care utilizează moduri OAM (atât de ordin fundamental, cât și de ordin superior) pentru a crește capacitatea canalelor de comunicație. „Posibilitatea manipulării selective a modurilor de vortex prin unde luminoase și sonore [este] un concept foarte fascinant”, spune Stiller.

Cercetătorii, care își detaliază munca în Avansuri de știință, acum intenționează să studieze unde sonore mai exotice care au structuri neobișnuite. „Vrem să vedem cum interacționează aceste unde cu lumina din fibrele optice chirale”, spune Stiller Lumea fizicii.

• Distribuție de conținut bazat pe SEO și PR. Amplifică-te astăzi.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Cunoștințe amplificate. Accesați Aici.
• Sursa: https://physicsworld.com/a/sound-waves-break-light-transmission-reciprocity/