Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Oppnå nær perfekt optisk isolasjon ved hjelp av optomekanisk gjennomsiktighet

Anonim

Forskere fra University of Illinois i Urbana-Champaign har vist et nytt nivå av optisk isolasjon som er nødvendig for å fremme optisk signalbehandling på chip. Teknikken som involverer lys-lyd-interaksjon kan implementeres i nesten hvilken som helst fotonisk støperi-prosess og kan påvirke optiske databehandling og kommunikasjonssystemer betydelig. "Optiske isolatorer med lavt tap er kritiske komponenter for signalruting og beskyttelse, men deres integrering av chipskala i foton kretser er ennå ikke praktisk. Isolatorer fungerer som optiske dioder ved å tillate lys å passere gjennom en måte, mens blokkering av det i motsatt retning, "forklarte Gaurav Bahl, en assisterende professor i mekanikk og ingeniørfag i Illinois. "I denne studien demonstrerte vi at fullstendig optisk isolasjon kan oppnås i hvilken som helst dielektrisk bølgeleder ved hjelp av en veldig enkel tilnærming, og uten bruk av magneter eller magnetiske materialer."

annonse


Nøkkelegenskapene til ideelle optiske isolatorer er at de skal tillate lys med nulltap på en måte, mens lyset absorberes perfekt i motsatt retning, dvs. betingelsen for fullstendig isolasjon. Ideelle isolatorer bør også ha bred båndbredde og må være lineære, dvs. det optiske signalbølgelengden endres ikke gjennom enheten og egenskapene er uavhengige av signalstyrken. Den beste metoden, til dags dato, for å oppnå isolasjon med disse egenskapene har vært gjennom den magneto-optiske Faraday-rotasjonseffekten som forekommer i spesielle gyrotrope materialer, f.eks. Granatkrystaller. Dessverre har denne teknikken vist seg å være utfordrende å implementere i mikroskopisk fotonikk på grunn av fabrikasjonskompleksitet, diffus i lokalt begrensende magnetfelter og betydelige materielle tap. I lys av denne utfordringen har flere ikke-magnetiske alternativer for å bryte gjensidighet blitt utforsket både teoretisk og eksperimentelt.

I en tidligere studie demonstrerte Bahls forskerteam for første gang fenomenet Brillouin Scattering Induced Transparency (BSIT), der lyskobling kan brukes til å senke, øke hastigheten og blokkere lyset i en optisk bølgeleder .

"Det viktigste aspektet av denne oppdagelsen er observasjonen av at BSIT er et ikke-gjensidig fenomen - gjennomsiktigheten er bare generert en vei. I den andre retning absorberer systemet fortsatt lys, " sa Bahl. "Denne ikke-gjensidige oppførselen kan utnyttes for å bygge isolatorer og sirkulatorer som er uunnværlige verktøy i en optisk designers verktøykasse."

"I dette arbeidet demonstrerer vi eksperimentelt fullstendig lineær optisk isolasjon i et bølgeleder-resonatorsystem som helt og holdent består av silikaglass, ved å trykke BSIT-samspillet i det sterke koblingsregimet og undersøke optisk overføring gjennom bølgelederen i frem- og bakoverretningen samtidig, "uttalt JunHwan Kim, en kandidatstudent og første forfatter av papiret, " Fullstendig lineær optisk isolasjon ved mikroskop med ultralydtap ", fremgår av Scientific Reports .

"Eksperimentelt har vi vist en lineær isolator som er i stand til å generere en rekordbrytende 78, 6 dB kontrast for bare 1 dB fremoverinnsettingstap i isolasjonsbåndet, " tilføyde J. Kim. "Dette betyr at lyset som sprer seg bakover, er nesten 100 millioner ganger sterkere undertrykt enn lys i fremoverretningen. Vi demonstrerer også den dynamiske optiske rekonstruksjonen av isolasjonsretningen."

"For tiden har effekten blitt demonstrert i en smal båndbredde. I fremtiden kan også bredere båndbreddeisolasjon nærmer seg hvis bølgeleder og resonator er integrert på chip, siden gjenværende mekaniske problemer kan elimineres og samspillingsmodusene kan utformes nøyaktig, "Sa bahl. "Å oppnå fullstendig lineær optisk isolasjon gjennom optomekaniske interaksjoner som BSIT som forekommer i alle medier, uavhengig av krystallinitet eller amorfitet, materialbåndstruktur, magnetisk bias eller tilstedeværelse av forsterkning, sikrer at teknikken kan implementeres med nesten ethvert optisk materiale i nesten alle kommersielle photonics støperi. "

Siden den unngår magnetfelter eller radiofrekvenskjøringsfelt, er denne tilnærmingen spesielt attraktiv for mikroprosessor for kold atommikrosystemer, både for isolering og omlegging av optiske signaler, og for beskyttelse mot laser uten tap.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av University of Illinois College of Engineering . Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. JunHwan Kim, Seunghwi Kim, Gaurav Bahl. Komplett lineær optisk isolasjon ved mikroskop med ultralydtap . Vitenskapelige rapporter, 2017; 7 (1) DOI: 10, 1038 / s41598-017-01494-w