Forskere etablerer principper for overførsel af lysleverede data via ikke-gensidige kredsløb

Udviklingen af ​​fiberoptisk teknologi har været uundværlig for at øge hastigheden, hvormed information leveres over store afstande ved at stole på lys til at bære information frem for elektricitet. I øjeblikket, indgående lyssignaler konverteres til elektriske signaler, hvorefter de oplysninger, de bærer, behandles. Digital kommunikation og deling af information ville være endnu hurtigere og mere energieffektiv, hvis der kunne bruges lys i hele processen, men der kræves stadig betydelige yderligere fremskridt inden for integrerede optiske kredsløb og lysbaseret computing.

I de seneste år, forskere har arbejdet på måder at udvikle og bruge ikke -gensidige optiske kredsløb - som manipulerer lysbølger, så de kun må rejse i en retning - for at løse disse udfordringer og forbedre evnen til at behandle store mængder information. Ikke -gensidige optiske kredsløb kan bruges, for eksempel, for at undgå uønskede refleksioner, der forstyrrer datatransmission og kan destabilisere lyskilder på chip. I et nyt papir offentliggjort i tidsskriftet Optica , flagskibstidsskriftet for Optical Society, forskere ved Advanced Science Research Center (ASRC) ved The Graduate Center ved City University of New York (CUNY) udstikker en stringent teoretisk ramme, der tydeliggør de grundlæggende principper, der styrer resonante ikke-gensidige kredsløb og løser nogle udestående spørgsmål om deres potentialer og begrænsninger.

Videnskaben om at studere ikke -gensidige optiske kredsløb er på mange måder stadig i sin begyndelse, og der er opstået betydelig forvirring i videnskabelig litteratur med hensyn til, hvad der er muligt eller ikke muligt i systemer, der bryder gensidighed og tillader envejsudbredelse af lys. Nylige papirer har argumenteret for, at ikke-gensidige resonante optiske kredsløb muligvis kan lagre flerfrekvente lysbølger på ubestemt tid uden tab af integritet, gør det muligt for enheder at behandle data meget mere effektivt. Men den nye forskning fra ASRC-forskere viser, at ikke-gensidige kredsløb ikke giver nogen fordel sammenlignet med konventionelle systemer til at overvinde den fælles afvejning mellem den tidsforsinkelse, der kan bibringes et indkommende signal, og dets frekvensbåndbredde, en central udfordring i moderne optiske computersystemer. Deres teori præciserer de underliggende principper, der styrer, hvordan lys interagerer med ikke-gensidige enheder, fastlægger de ultimative grænser for deres ydeevne, og de muligheder, de realistisk kan give for at forbedre deres interaktion med de indgående signaler.

"Vi blev fascineret af de seneste påstande om ikke -gensidige enheder, der virkede for gode til at være sande, "sagde Sander Mann, første forfatter til det nye papir og en postdoktor ved Graduate Center, der arbejder i laboratoriet hos Andrea Alù, direktør for ASRC's Photonics Initiative og professor i fysik ved The Graduate Center. "Vores teori præciserer de grundlæggende principper, der styrer lysudbredelse i resonans ikke-gensidige enheder, og viser realistiske muligheder for at bruge dem på måder at forbedre optisk signaloverførsel, opbevaring, behandling og computing. "

Ud over at yde streng, strukturelle grænser for mulighederne for ikke -gensidige enheder, teorien udviklet af ASRC -forskerne peger på flere interessante egenskaber ved ikke -gensidige kredsløb, der kan vise sig gavnlige ved transport af lyssignaler, og i sidste ende forbedre hastigheden og effektiviteten i behandlingen af ​​data.

"Vores gruppe har arbejdet på ikke-gensidig lysudbredelse i et par år, og vi har opdaget mange muligheder, der tilbydes af disse envejs-enheder, "sagde Alù." Mens fænomenet envejs transport af lys er etableret, principperne for det er ret kontraintuitive og fører let til forvirring. Vores nyudviklede teori tydeliggør mulighederne og grænserne for at bruge ikke -gensidige enheder til at bremse lys, og vi undersøger nu måder at operere nær de nyligt afledte grænser for maksimalt at forbedre lysets interaktion med nanoskalaenheder og ikke -lineariteter. "