En mikroskopisk rundkørsel for lys-team udvikler en magnetfri optisk cirkulator

Cirkulatorer er vigtige komponenter i kommunikationsteknologi. Deres unikke måde at lede lys på kræver normalt magneter i centimeter, som er vanskelige at miniaturere til brug på optiske chips. Forskere ved AMOLF og University of Texas har omgået dette problem med en vibrerende glasring, der interagerer med lys. De skabte således en cirkulationscirkulator i mikroskala, der dirigerer lys på en optisk chip uden brug af magneter. Forskerne offentliggjorde deres arbejde i Naturkommunikation den 4. maj 2018.

Cirkulatorer tillader transmission af information uden tab mellem mere end to noder i et netværk, derfor er de meget udbredt i optiske netværk. Cirkulatorer har flere ind- og udgange, mellem hvilke de leder lys på en særlig måde:lys, der kommer ind i en bestemt havn, tvinges til at forlade i en anden havn, men der kommer lys ind i den anden port i en tredje port, og så videre.

"Lysudbredelse er symmetrisk i naturen, hvilket betyder, at hvis lys kan forplante sig fra A til B, den omvendte vej er lige så mulig. Vi har brug for et trick for at bryde symmetrien, "siger AMOLF-gruppeleder Ewold Verhagen." Normalt bruger dette trick magneter i centimeter til at bibringe retning og bryde den symmetriske karakter af lysudbredelse. Sådanne systemer er svære at miniaturere til brug på fotoniske chips. "

Verhagen og hans kolleger skabte cirkulerende adfærd ved hjælp af en mikroskala glasringresonator med et andet trick. De lader lys i ringen interagere med ringens mekaniske vibrationer. Forskerne brugte dette princip i tidligere arbejde for at demonstrere envejs optisk transmission. "Ved at skinne lys fra en 'kontrol' laser i ringen, lys af en anden farve kan ophidse vibrationer gennem en kraft kendt som strålingstryk, men kun hvis den formerer sig i samme retning som kontrollysbølgen, "Verhagen forklarer." Da lyset formerer sig anderledes gennem en vibrerende struktur end gennem en struktur, der står stille, den optiske kraft bryder symmetrien på samme måde som et magnetfelt ville. "

Rundkørsel for lys

At gøre 'envejsgaden for lys' til en nyttig optisk 'rundkørsel' var ikke så ligetil, som det kan se ud, som postdoc John Mathew påpeger:"Udfordringen er at diktere den særlige udgang, hvortil lys kan ledes, sådan, at den altid tager den næste port. "

Forskerne fandt løsningen i optisk interferens. Omhyggelig kontrol med de optiske stier i strukturen sikrer, at lys fra hver input konstruktivt forstyrrer nøjagtigt det rigtige output. "Vi demonstrerede denne cirkulation i forsøg, og viste, at den aktivt kan indstilles. Kontrollaserens frekvens og effekt tillader, at cirkulationen kan tændes og slukkes, og ændrer hænderne, "siger Mathew.

Informationsnetværk

AMOLF 'rundkørsel' for lys er faktisk den første magnetfrie, on-chip optisk cirkulator. Selvom forskningen er grundlæggende, den har mange mulige applikationer. Verhagen:"Enheder som denne kan danne byggesten til chips, der bruger lys i stedet for elektroner til at bære information, samt til fremtidige kvantecomputere og kommunikationsnetværk. Det faktum, at cirkulatoren kan styres aktivt, giver yderligere funktionalitet, da de optiske kredsløb kan omkonfigureres efter behag. "