Звуковые волны нарушают взаимность передачи света

Обычно свет распространяется одинаково в обоих направлениях: если я вижу вас, вы можете видеть меня. Однако теперь исследователи создали устройство, которое использует бегущие звуковые волны для нарушения этой симметрии, тем самым уменьшая нежелательные оптические явления, такие как обратное рассеяние. Новое устройство является первым, производящим этот полезный эффект для селективных оптических вихрей, которые используются в оптической связи, и оно также может найти применение в оптических пинцетах и ​​лазерах на основе вихрей.

Вихри широко распространены в природе — например, в газах, жидкостях, плазме и ДНК. В оптических вихрях волновой фронт луча света закручивается по спирали вокруг центральной оси распространения луча, принимая спиральную форму с нулевой интенсивностью в сердцевине. Этот спиралевидный эффект возникает из-за того, что свет обладает орбитальным угловым моментом (ОУМ). Эта форма углового момента отличается от более известного спинового углового момента, который проявляется в поляризации и был открыт только в 1992 году.

Поскольку информация может быть закодирована в OAM, оптические вихри имеют большие перспективы для мультиплексирования, то есть процесса передачи нескольких оптических сигналов по одному волокну с минимальными помехами или другими вредными эффектами. Однако до сих пор было сложно создать устройства, в которых определенные модели вихрей распространяются только в одном направлении. Это связано с фундаментальным принципом оптики, известным как взаимность, который подразумевает, что световые сигналы будут свободно распространяться в обоих направлениях через оптическое волокно. Такой двусторонний трафик может вызвать такие проблемы, как обратное рассеяние, которое снижает мощность передаваемого сигнала.

Звуковые волны манипулируют оптическими волнами

Команда во главе с Синлинь Цзэн, Филип Рассел и Биргит Стиллер Институт науки о свете Макса Планка теперь использовал распространяющиеся звуковые волны, чтобы нарушить эту взаимность передачи света для выбранных моделей вихрей. В своей работе они использовали звуковые волны для управления оптическими волнами в хиральном фотонно-кристаллическом волокне посредством взаимодействия, известного как топологически-избирательное вынужденное рассеяние Бриллюэна-Мандельштама. Исследователи объясняют, что, поскольку звуковые волны распространяются в одном направлении, они естественным образом обеспечивают невзаимное поведение оптоакустического взаимодействия. Таким образом, режимы OAM можно либо сильно подавить, либо усилить, предотвращая случайное обратное рассеяние и тем самым сводя к минимуму ухудшение сигнала.

Стиллер и его коллеги сообщают, что их новое устройство можно перенастроить как усилитель или как оптический вихревой изолятор, регулируя частоту управляющего сигнала. Действительно, они продемонстрировали вихревую изоляцию в 22 децибела, что хорошо сравнимо с лучшими изоляторами фундаментальных мод, использующими вынужденное рассеяние Бриллюэна-Мандельштама.

Исследователи обнаружили «потерянный» угловой момент

По словам Стиллера, потенциальные области применения устройства включают схемы квантовой связи и запутывания на основе OAM, а также классическую оптическую связь, в которой используются режимы OAM (как основного, так и более высокого порядка) для увеличения пропускной способности каналов связи. «Возможность избирательного управления вихревыми модами световыми и звуковыми волнами [является] очень увлекательной концепцией», — говорит Стиллер.

Исследователи, подробно излагающие свою работу в Наука развивается, теперь планируют изучить более экзотические звуковые волны, которые имеют необычную структуру. «Мы хотим увидеть, как эти волны взаимодействуют со светом в хиральных оптических волокнах», — говорит Стиллер. Мир физики.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/sound-waves-break-light-transmission-reciprocity/