Звукові хвилі порушують взаємність передачі світла

Зазвичай світло пропускає однаково в обох напрямках: якщо я бачу вас, ви бачите мене. Однак тепер дослідники створили пристрій, який використовує біжучі звукові хвилі, щоб порушити цю симетрію, тим самим зменшуючи небажані оптичні явища, такі як зворотне розсіювання. Новий пристрій є першим, хто виробляє цей корисний ефект для вибіркових оптичних вихорів, які використовуються в оптичному зв’язку, і він також може мати застосування для оптичних пінцетів і вихрових лазерів.

Вихори всюдисущі в природі – наприклад, у газах, рідинах, плазмі та ДНК. В оптичних вихорах хвильовий фронт пучка світла обертається по спіралі навколо центральної осі поширення променя, набуваючи гвинтової форми з нульовою інтенсивністю в центрі. Цей спіральний ефект виникає через те, що світло несе орбітальний кутовий момент (OAM). Ця форма кутового моменту відрізняється від більш відомого спінового кутового моменту, який проявляється в поляризації, і був відкритий лише в 1992 році.

Оскільки інформація може бути закодована в OAM, оптичні вихори дуже перспективні для мультиплексування, яке є процесом надсилання кількох оптичних сигналів по одному волокну з мінімальними перешкодами чи іншими шкідливими ефектами. Однак поки що створювати пристрої, в яких певні моделі вихру поширюються лише в одному напрямку, було складно. Це пов’язано з фундаментальним принципом оптики, відомим як взаємність, який передбачає, що світлові сигнали вільно поширюються в обох напрямках через оптичне волокно. Такий двосторонній трафік може спричинити такі проблеми, як зворотне розсіювання, що зменшує силу переданого сигналу.

Звукові хвилі маніпулюють оптичними хвилями

Команда на чолі з Синлінь Цзен, Філіп Рассел та Біргіт Стіллер в Інститут науки про світло Макса Планка тепер використав звукові хвилі, що поширюються, щоб порушити цю взаємність передачі світла для вибраних вихрових моделей. У своїй роботі вони використовували звукові хвилі для керування оптичними хвилями в хіральному фотонно-кристалічному волокні за допомогою взаємодії, відомої як топологічно-селективне стимульоване розсіювання Бріллюена-Мандельштама. Дослідники пояснюють, що коли звукові хвилі рухаються в одному напрямку, вони природним чином забезпечують невзаємну поведінку оптико-акустичної взаємодії. Таким чином, режими OAM можуть бути або сильно пригнічені, або посилені, запобігаючи випадковому зворотному розсіюванню та таким чином мінімізуючи погіршення сигналу.

Стіллер і його колеги повідомляють, що їх новий пристрій можна переконфігурувати як підсилювач або як оптичний вихровий ізолятор шляхом регулювання частоти керуючого сигналу. Дійсно, вони продемонстрували вихрову ізоляцію 22 децибел, що добре порівнюється з найкращими ізоляторами фундаментальної моди, які використовують вимушене розсіювання Бріллюена-Мандельштама.

Дослідники знаходять «втрачений» кутовий момент

За словами Стіллера, потенційні області застосування пристрою включають квантовий зв’язок і схеми заплутування на основі OAM, а також класичні оптичні комунікації, які використовують режими OAM (як фундаментального, так і вищого порядку) для збільшення пропускної здатності каналів зв’язку. «Можливість вибіркової маніпуляції вихровими режимами за допомогою світлових і звукових хвиль [є] дуже захоплюючою концепцією», — говорить Стіллер.

Дослідники, які детально описують свою роботу в Наука розвивається, тепер планують вивчати більш екзотичні звукові хвилі, які мають незвичайну структуру. «Ми хочемо побачити, як ці хвилі взаємодіють зі світлом у хіральних оптичних волокнах», — говорить Стіллер. Світ фізики.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/sound-waves-break-light-transmission-reciprocity/