声波打破光传输互易性

通常，光在两个方向上的传播是一样的：如果我能看到你，你就能看到我。 然而，现在，研究人员创造了一种利用行进声波打破这种对称性的装置，从而减少了反向散射等不需要的光学现象。 这种新设备是第一个对光通信中使用的选择性光学涡流产生这种有益效果的设备，它还可以应用于光镊和基于涡流的激光器。

涡流在自然界中无处不在——例如，在气体、液体、等离子体和 DNA 中。 在光学涡流中，光束的波前围绕光束的中心传播轴盘旋，在核心处呈零强度的螺旋形状。 这种螺旋效应的产生是因为光带有轨道角动量 (OAM)。 这种形式的角动量与更熟悉的自旋角动量不同，自旋角动量表现为极化，直到 1992 年才被发现。

由于可以在 OAM 中对信息进行编码，因此光涡流在多路复用方面表现出很大潜力，多路复用是将多个光信号沿单根光纤发送的过程，干扰或其他不利影响最小。 然而，迄今为止，制造某些涡流模型仅沿一个方向传播的设备一直具有挑战性。 这是由于被称为互易性的光学基本原理，这意味着光信号将通过光纤在两个方向上自由传播。 这种双向流量会导致反向散射等问题，从而降低传输信号的强度。

声波操纵光波

领导的团队 曾杏林, 菲利普·罗素 和 比吉特·斯蒂勒 的 马克斯普朗克光科学研究所 现在已经使用传播声波来打破所选涡流模型的光传输互易性。 在他们的工作中，他们使用声波通过称为拓扑选择性受激布里渊-曼德尔斯坦散射的相互作用来操纵手性光子晶体光纤中的光波。 研究人员解释说，当声波沿一个方向传播时，它们自然会为光声相互作用带来非互易行为。 通过这种方式，OAM 模式可以被强烈抑制或放大，防止随机反向散射，从而最大限度地减少信号衰减。

Stiller 及其同事报告说，他们的新设备可以通过调整控制信号的频率重新配置为放大器或光学涡流绝缘体。 事实上，他们展示了 22 分贝的涡流隔离，这与使用受激布里渊-曼德尔斯坦散射的最佳基模隔离器相当。

研究人员发现“丢失”的角动量

根据 Stiller 的说法，该设备的潜在应用包括基于 OAM 的量子通信和纠缠方案，以及使用 OAM 模式（基本和高阶）来增加通信信道容量的经典光通信。 “通过光波和声波选择性操纵涡旋模式的可能性 [是] 一个非常迷人的概念，”斯蒂勒说。

研究人员详细介绍了他们的工作 科学进展，现在计划研究更多具有不寻常结构的奇异声波。 “我们想看看这些波如何与手性光纤中的光相互作用，”斯蒂勒说 物理世界.

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/sound-waves-break-light-transmission-reciprocity/