Forskere laver envejsgade for lys

Forskere ved FOM-instituttet AMOLF og University of Texas i Austin har skabt en kompakt envejsgade til lys. Det er bemærkelsesværdigt, fordi lysbølger generelt kan bevæge sig i begge retninger inde i et materiale. Optiske chips kan drage fordel af den nye funktionalitet, da det muliggør en ny måde at dirigere data, der er kodet i lyssignalerne.

Forskerne offentliggjorde deres resultater i Naturkommunikation den 29. november.

Hvordan virker det?

Selvom effekten normalt ikke er mærkbar, lys, der rammer et objekt, udøver en lille kraft, lidt 'skubber' den genstand, den belyser. I nogle tilfælde, lys kan endda få en lille genstand til at bevæge sig. Forskerne brugte denne kendsgerning til at producere en envejsgade til lys. De opnåede dette ved midlertidigt at fange lys, der passerer gennem en optisk fiber i en perfekt formet ring med en diameter mindre end et menneskehår. I sådan en ring, lys kan let cirkulere 100, 000 gange, hvilket styrker den kraft, den udøver på væggene, betydeligt. Som resultat, ringen udvides lidt. Forskerne introducerede efterfølgende en anden lysbølge med en lidt anden farve end den første. På grund af interferens fra begge lysbølger, ringen vibrerer, men kun hvis de to bølger bevæger sig gennem ringen i samme retning. Da systemet er designet på en sådan måde, at den optiske fiber kun tillader lys at passere, hvis ringen vibrerer, lys fra den modsatte retning er blokeret.

Ansøgning

De demonstrerede principper kan være meget vigtige for at sikre, at lys bevæger sig i den rigtige retning i optiske chips. Nutidens data transporteres allerede stort set i form af lys. Behandling af information i optiske kredsløb på chips har store fordele i forhold til elektroniske alternativer, især da lys bruger langt mindre energi. Imidlertid, en manglende komponent på disse optiske chips til dato har været en optisk isolator:en komponent, der lader bølger passere igennem i en retning, men blokerer bølger i den anden retning, derved kontrollere transporten af ​​signaler. Eksperimentet demonstrerer en prototype af en meget kompakt isolator, som også kan tændes og slukkes aktivt ved hjælp af lys.

Teori og opfølgende forskning

Forskerne oversatte laboratorieobservationerne til en generel teori om 'optomekanisk isolation'. Denne teori beskriver og forudsiger, at implementering af envejstrafik vil være mulig i en lang række forskellige systemer. Dette inkluderer systemer, der tillader endnu hurtigere behandling af optiske signaler. Desuden, forskerne viser, at isolatoren også kunne fungere for radiobølger, som kunne gøre dens anvendelse i fremtidige kvantecomputere mulig.