En ny metod för att tillverka enheter som fungerar som en "enkelriktad gata" för ljus har utvecklats av forskare i Kina och Japan. Tekniken, som bryter gränsen för dynamisk ömsesidighet i olinjära optiska system, kan vara viktig för tillämpningar inom fotonbaserad informationsbehandling.
Ömsesidighet – eller mer exakt, Lorentz ömsesidighet – är en grundläggande princip för optik som föreskriver att elektromagnetiska signaler måste fortplanta sig fritt i båda riktningarna genom en optisk fiber eller elektrisk krets. En mikrovågspuls, till exempel, kan färdas i båda riktningarna längs en vågledare och en ljussignal kan röra sig åt båda hållen längs en optisk fiber. Denna tvåvägstrafik kan orsaka problem som backscattering, vilket minskar styrkan på den överförda signalen.
Vissa tekniker för att undvika ömsesidighet finns redan. Isolatorer i radarmikrovågssändare, till exempel, kommer runt ömsesidighetsregeln genom att använda ett stort externt magnetfält för att isolera vågorna som färdas i den reflekterade (bakåt) riktningen. De anordningar som används för att uppnå detta, kallade Faraday-rotorer, förlitar sig dock på den magneto-optiska effekten och kräver därför starka, tunga magneter. Sådana magneter är inkompatibla med fotoniska chips, och de ökar också avsevärt strömförbrukningen för kretsar. Även om icke-magnetiska isolatorer har utvecklats, har deras prestanda varit dålig hittills.
Kerr olinjäritet
Ett alternativt sätt att bryta Lorentz ömsesidighet är att använda optiska olinjära effekter som Kerr olinjäritet, som observeras när högintensivt ljus fortplantar sig genom ett medium. Den enklaste manifestationen av denna effekt kan beskrivas som en förändring av mediets brytningsindex som är proportionell mot ljusets intensitet. I motsats till magneto-optiska effekter är icke-reciproka enheter som använder sådan optisk olinjäritet kompatibla med fotonisk chipintegration, förklarar Keyu Xia of Nanjings universitet, Nanjing, som ledde den nya forskningssatsningen tillsammans med Franco Nori av RIKEN Quantum Computing Center. Kerr-olinjäritet finns i många optiska material, inklusive kisel, som är allmänt använt inom fotonik.
När man designar olinjära isolatorer och cirkulatorer är forskare vana vid att ta hänsyn till Kerr-olinjäriteten hos material individuellt i en krets eller vågledare, tillägger Xia. "Det här leder till "dynamisk ömsesidighet", vilket orsakar ett annat problem: en icke-linjär icke-reciprocitet enhet kan inte blockera bakåtspridningen när de framåt- och bakåtspridande ljusfälten kommer in i enheten samtidigt, vilket innebär en grundläggande begränsning för Kerr-mode icke-linjära enheter som används som optiska isolatorer", förklarar han .
Xia och kollegor har nu visat att ett icke-linjärt optiskt material, såsom kisel, kan användas för att övervinna detta problem och göra on-chip-enheter (som optiska isolatorer och cirkulatorer) när två separata olinjäritetseffekter beaktas. Den första, känd som self-Kerr-effekten, är en optisk olinjäritetseffekt som producerar en fasförskjutning proportionell mot kvadraten på antalet fotoner i fältet. Den andra, som kallas kors-Kerr-olinjäritet, är en koherent effekt som dramatiskt förändrar mediets optiska respons på ljus vid utvalda frekvenser.
Att uppnå dynamisk icke-ömsesidighet
Den nya tekniken fungerar eftersom i de flesta optiska olinjära material har olinjäriteterna mellan sig själv och över Kerr olika styrkor. När de framåt- och bakåtriktade ljusfälten kommer in i en anordning som en mikroringresonator (tillverkad av ett kiselbaserat icke-linjärt material) samtidigt, kan moduleringen som kommer från själv- och kors-Kerr-olinjäriteterna därför orsaka olika resonansfrekvenser för de framåt- och bakåtcirkulerande lägena. Dessa betecknas normalt som medurs och moturs lägen. "Vi använde denna kiralitet för att uppnå dynamisk icke-ömsesidighet i ett passivt system bestående av en mikroringresonator, två vågledare och en absorbator", förklarar Xia.
Ljudvågor bryter ljustransmissionens ömsesidighet
"Vår föreslagna metod kringgår den grundläggande begränsningen av dynamisk ömsesidighet som påtvingas olinjär optik," säger han Fysikvärlden. "Samma koncept har demonstrerats experimentellt av en annan grupp vid Stanford University för en on-chip optisk isolator. Vårt arbete, publicerat i Kinesiska fysikbokstäver, öppnar en dörr för att realisera on-chip optiska isolatorer och cirkulatorer, och kommer på så sätt att öka integrationsskalan och funktionen hos fotoniska chips."
Forskarna testar nu sina integrerade icke-ömsesidiga enheter i sitt laboratorium. Den applicerade mikroringresonatorn i denna metod begränsar allvarligt den tillgängliga icke-reciproka bandbredden till en mycket smal skala, på cirka hundratals MHz, så de planerar att förbättra detta och minska så kallade insättningsförluster genom att endast använda Kerr-linjära optiska vågledare. "En sådan ny design skulle tillåta många viktiga och praktiska tillämpningar av on-chip olinjära isolatorer och cirkulatorer eftersom den kan bearbeta fotonisk information snabbare och med lägre ljusförlust", säger Xia.
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Källa: https://physicsworld.com/a/nonlinear-resonator-breaks-dynamic-optical-nonreciprocity/
- a
- Om oss
- Konto
- Uppnå
- Agera
- Lägger
- redan
- alternativ
- och
- Annan
- tillämpningar
- tillämpas
- runt
- anordnad
- tillgänglig
- undvika
- Bandbredd
- därför att
- Blockera
- lyft
- Ha sönder
- raster
- Bright
- Bunch
- kallas
- kan inte
- Orsak
- Orsakerna
- byta
- Förändringar
- Kina
- chip
- Pommes frites
- Circle
- SAMMANHÄNGANDE
- kollegor
- kommande
- kompatibel
- databehandling
- begrepp
- anses
- Bestående
- konsumtion
- Däremot
- kunde
- demonstreras
- beskriven
- Designa
- design
- utvecklade
- anordning
- enheter
- olika
- olika
- riktning
- fördelning
- Dörr
- dramatiskt
- under
- dynamisk
- effekt
- effekter
- ansträngning
- antingen
- elektriska
- ange
- exempel
- finns
- experimentera
- Förklarar
- extern
- snabbare
- fält
- Fält
- Förnamn
- Framåt
- från
- fungera
- grundläggande
- skaffa sig
- Grupp
- Men
- HTTPS
- Hundratals
- bild
- med Esport
- ålagts
- imponerande
- förbättra
- in
- Inklusive
- Öka
- index
- Individuellt
- informationen
- integrerade
- integrering
- fråga
- IT
- Japan
- känd
- laboratorium
- Large
- Leads
- Led
- ljus
- Ljusfält
- BEGRÄNSA
- gränser
- UTSEENDE
- förlust
- förluster
- gjord
- Magnetiskt fält
- magneter
- göra
- Framställning
- många
- Materialet
- material
- max-bredd
- Medium
- metod
- lägen
- mer
- mest
- flytta
- Natur
- Nya
- normalt
- antal
- öppnas
- optik
- Övervinna
- passiva
- prestanda
- fas
- Fotoner
- Fysik
- Planen
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- dålig
- kraft
- Praktisk
- exakt
- Principen
- Problem
- problem
- process
- bearbetning
- föreslagen
- publicerade
- puls
- Quantum
- kvantkalkylering
- radarn
- inse
- minska
- minskar
- reflekterad
- kräver
- forskning
- forskare
- resonans
- respons
- RIKEN
- Regel
- Samma
- säger
- Skala
- vetenskapsmän
- Andra
- vald
- separat
- skifta
- visas
- Signal
- signaler
- Kisel
- So
- än så länge
- ljud
- kvadrat
- hållfasthet
- styrkor
- stark
- sådana
- system
- System
- tar
- Tekniken
- berättar
- Testning
- Smakämnen
- deras
- därför
- Genom
- miniatyr
- tid
- till
- tillsammans
- trafik
- sändare
- färdas
- sann
- universitet
- användning
- vågor
- sätt
- som
- medan
- VEM
- brett
- kommer
- Arbete
- fungerar
- skulle
- zephyrnet