利用光诱导透明实现近乎完全的光隔离

伊利诺伊大学香槟分校的研究人员提出了一种新型的光学隔离器，将成为基于芯片的光信息处理的关键器件。该技术利用光声相互作用，可用于几乎任何光子铸造过程中，对光学计算和通信系统产生很显著的影响。 nGbrWu]w  
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低损耗光隔离器是信号路由保护的重要组成部分，但目前它们的芯片规模集成到光子电路中时还不能满足实用条件。隔离器的功能类似于光二极管，让光只能从一端通过并阻止它在向相反方向传输，Gaurav Bahl说，他是伊利诺斯机械科学与工程学院的一名助理教授。“在这项研究中，我们表明，完全的光隔离可以在任何电介质波导中实现，并且实现方法非常简便，无需使用磁铁或磁性材料。 GWVdNYpmr  
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理想的光隔离器的关键特性是需要光通过时在一个方向上损耗为零，而其相反方向则完全隔离。理想隔离器带宽需要很宽，必须是线性的，即光信号的波长在通过该器件时保持不变，且有独立的信号强度。目前为止最好的方法，实现光隔离是通过磁光法拉第旋转效应实现，即在特殊的各向异性材料，如石榴石晶体中实现。 8<kme"%s  
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然而由于其制作工艺负责，并且在复杂磁场环境下损耗较大，因此这一技术在芯片级光电器件中具有极大挑战。鉴于这一挑战，研究人员在理论和实验中尝试采用无需相互作用的非磁性的替代技术。 9y5\4&v  
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在上一篇研究中，Bahl研究小组的首次在实验证明了布里渊散射诱导透明（BSIT）现象的出现，其中光声耦合可以实现减速和加速，并实现光波导中的光的不传输。 3XnXQ/({  
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“这个发现的最重要的方面是观察布里渊散射诱导透明的非互易现象，并产生单向透明度的特性。在相反方向，系统仍然会吸收光，”Bahl说。“这种不会产生相互作用的机制可用来制作光隔离器和环行器，这些器件都是光学设计中不可或缺的。” q KM]wu0Et  
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“在本工作中，我们通过实验证明在完全由石英玻璃制作而成的波导谐振腔系统中可实现完全线性光隔离，通过推动布里渊散射诱导透明到强耦合状态，并同时探索通过光纤传输中的向前和向后方向的波导，并在超低损耗的尺度实现了完全的线性光隔离，”JunHwan Kim说，他是一名在读一个研究生，且是论文的第一作者，这一研究研究论文已发表在《科学报告》杂志中。 W.|6$hRl)  
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“实验中，我们已经证明了线性隔离器能够产生破纪录的78.6dB的隔离度，且隔离带内只有1dB的正向插入损耗，”J. Kim补充说。这意味着，光传播的正反传输抑制比将近1亿倍。我们还演示了动态光传输正反向的光分离。” c6HU'%v  
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“这一效应已在窄带宽的光中实现。在未来，更宽的带宽隔离也可以实现，如果波导与谐振都集成在芯片上，可完全消除机械效应，还可精确控制相互作用的模式，”Bahl说。“通过所有光传输媒介中的光机械作用如布里渊散射诱导透明，实现完全的线性光隔离，而不论其结晶度或非晶性，材料的能带结构，磁偏差，或存在增益，这可确保该技术在几乎商用光学材料上应用。” 4BT`|(7  
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由于它不受磁场或射频的影响，这一技术对于芯片级冷原子系统具有非常大的吸引力，包括光隔离，以及芯片上的无损耗激光防护。 wuzz%9;@B  
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原文来源：https://phys.org/news/2017-05-near-perfect-optical-isolation-opto-mechanical-transparency.html，实验帮译。