Utvecklingen av fiberoptisk teknik har varit oumbärlig för att öka hastigheten med vilken information levereras över stora avstånd genom att förlita sig på ljus för att bära information snarare än elektricitet. För närvarande, inkommande ljussignaler omvandlas till elektriska signaler, varefter informationen de bär behandlas. Digital kommunikation och delning av information skulle vara ännu snabbare och mer energieffektiv om ljus kunde användas under hela processen, men betydande ytterligare framsteg inom integrerade optiska kretsar och ljusbaserade datorer krävs fortfarande.
Under de senaste åren har forskare har arbetat med sätt att utveckla och använda icke -ömsesidiga optiska kretsar - som manipulerar ljusvågor så att de bara får resa i en riktning - för att lösa dessa utmaningar och förbättra förmågan att bearbeta stora mängder information. Icke ömsesidiga optiska kretsar kan användas, till exempel, för att undvika oönskade reflektioner som stör dataöverföring och kan destabilisera ljuskällor på chip. I en ny artikel publicerad i tidningen Optica , flaggskeppstidskriften för Optical Society, forskare vid Advanced Science Research Center (ASRC) vid The Graduate Center of the City University of New York (CUNY) lägger fram en rigorös teoretisk ram som klargör de grundläggande principerna för resonanta icke -ömsesidiga kretsar och löser några enastående frågor om deras potentialer och begränsningar.
Vetenskapen om att studera icke -ömsesidiga optiska kretsar är på många sätt fortfarande i sin linda, och betydande förvirring har uppstått i vetenskaplig litteratur om vad som är möjligt eller inte möjligt i system som bryter ömsesidighet och tillåter enkelriktad spridning av ljus. Nyligen publicerade papper har hävdat att icke-ömsesidiga resonansoptiska kretsar kan lagra flerfrekventa ljusvågor på obestämd tid utan förlust av integritet, gör det möjligt för enheter att bearbeta data mycket mer effektivt. Men den nya forskningen från ASRC-forskare visar att icke-ömsesidiga kretsar inte ger någon fördel jämfört med konventionella system för att övervinna den gemensamma avvägningen mellan tidsfördröjningen som kan överföras på en inkommande signal och dess frekvensbandbredd, en central utmaning i moderna optiska datorsystem. Deras teori förtydligar de underliggande principerna som styr hur ljus interagerar med icke -ömsesidiga enheter, fastställa de yttersta gränserna för deras prestanda, och de möjligheter som de realistiskt kan ge för att förbättra deras interaktion med de inkommande signalerna.
"Vi var fascinerade av de senaste påståenden om icke -ömsesidiga enheter som verkade för bra för att vara sanna, sa Sander Mann, första författare till den nya uppsatsen och en postdoktor vid Graduate Center som arbetar i Andrea Alùs laboratorium, chef för ASRC:s fotonikinitiativ och professor i fysik vid The Graduate Center. "Vår teori klargör de grundläggande principerna som styr ljusutbredning i resonanta icke -ömsesidiga anordningar, och visar realistiska möjligheter att använda dem på sätt att förbättra optisk signalöverföring, lagring, bearbetning och beräkning. "
Förutom att tillhandahålla rigorösa, strukturella gränser för icke -ömsesidiga anordningar, teorin som utvecklats av ASRC -forskarna pekar på flera intressanta egenskaper hos icke -ömsesidiga kretsar som kan visa sig vara fördelaktiga vid transport av ljussignaler, och i slutändan förbättra hastigheten och effektiviteten vid behandling av data.
"Vår grupp har arbetat med icke -ömsesidig ljusutbredning i några år, och vi har upptäckt många möjligheter med dessa enkelriktade enheter, "sade Alù." Medan fenomenet enkelriktad transport av ljus är etablerat, principerna för det är ganska kontraintuitiva och leder lätt till förvirring. Vår nyutvecklade teori förtydligar möjligheterna och gränserna för att använda icke -ömsesidiga enheter för att sakta ner ljus, och vi undersöker nu sätt att arbeta nära de nyligen härledda gränserna för att maximera ljusets interaktion med nanoskala -enheter och olineariteter. "
