Kredit:Suus van den Akker
Forskare vid FOM-institutet AMOLF och University of Texas i Austin har skapat en kompakt enkelriktad gata för ljus. Det är anmärkningsvärt eftersom ljusvågor i allmänhet kan röra sig i båda riktningarna inuti ett material. Optiska chips kan dra nytta av den nya funktionen, eftersom det möjliggör ett nytt sätt att dirigera data kodad i ljussignalerna.
Forskarna publicerade sina resultat i Naturkommunikation den 29 november.
Hur fungerar det?
Även om effekten vanligtvis inte är märkbar, ljus som träffar ett föremål utövar en liten kraft, något "skjuter" objektet det belyser. I vissa fall, ljus kan till och med få ett litet föremål att röra sig. Forskarna använde detta faktum för att skapa en enkelriktad gata för ljus. De uppnådde detta genom att tillfälligt fånga ljus som passerar genom en optisk fiber i en perfekt formad ring med en diameter som är mindre än ett människohår. I en sådan ring, ljus kan lätt cirkulera 100, 000 gånger, vilket avsevärt förstärker kraften den utövar på väggarna. Som ett resultat, ringen expanderar något. Forskarna introducerade därefter en andra ljusvåg med en något annan färg än den första. På grund av interferensen från båda ljusvågorna, ringen vibrerar, men bara om de två vågorna rör sig genom ringen i samma riktning. Eftersom systemet har utformats på ett sådant sätt att den optiska fibern endast släpper igenom ljus om ringen vibrerar, ljus från motsatt riktning blockeras.
Med hjälp av en optisk fiber (lila), forskarna kunde fånga ljus i en ring. När två olika färger (röd och ljusgrön) börjar cirkulera i samma riktning i ringen, då börjar ringen vibrera. Som ett resultat av detta, ljus tillåts passera igenom. Eftersom det mörkgröna ljuset som rör sig i motsatt riktning inte får ringen att vibrera, ljuset i den riktningen är blockerat. Kredit:Fundamental Research on Matter (FOM)
Ansökan
De demonstrerade principerna kan vara mycket viktiga för att säkerställa att ljuset rör sig i rätt riktning i optiska chips. Dagens data transporteras redan till stor del i form av ljus. Bearbetningen av information i optiska kretsar på chips har stora fördelar jämfört med elektroniska alternativ, speciellt som ljus använder mycket mindre energi. Dock, en saknad komponent på dessa optiska chips har hittills varit en optisk isolator:en komponent som låter vågor passera i en riktning, men blockerar vågor åt andra hållet, därigenom kontrollerar transporten av signaler. Experimentet visar en prototyp av en mycket kompakt isolator, som även aktivt kan tändas och släckas med hjälp av ljus.
Teori och följdforskning
Forskarna översatte laboratorieobservationerna till en allmän teori om "optomekanisk isolering". Denna teori beskriver och förutspår att implementering av enkelriktad trafik kommer att vara möjlig i ett stort antal olika system. Detta inkluderar system som möjliggör ännu snabbare bearbetning av optiska signaler. Vidare, forskarna visar att isolatorn också kan fungera för radiovågor, vilket skulle kunna göra dess tillämpning i framtida kvantdatorer möjlig.
