Изоляторы – невзаимные или «односторонние» устройства, подобные электронным диодам. Они защищают лазерные источники от задних размышлений и необходимы для световых сигналов направления вокруг оптических сетей. Сегодня, доминирующая технология для производства таких невзаимных устройств требует материалов, которые изменяют их оптические свойства в ответ на магнитные поля, сказали исследователи.«Есть несколько проблем с использованием магнитно отзывчивых материалов, чтобы достигнуть одностороннего потока света в фотонном чипе», сказали механическая наука и технический преподаватель и соавтор исследования Gaurav Bahl. «Сначала, у промышленности просто нет хорошей способности поместить компактные магниты в чип.
Но что еще более важно, необходимые материалы еще не доступны в литейных заводах фотоники. Именно поэтому промышленности отчаянно нужен лучший подход, который использует только обычные материалы и избегает магнитных полей в целом».В исследовании, опубликованном в журнале Nature Photonics, исследователи объясняют, как они используют крохотное сцепление между светом и звуком, чтобы предоставить уникальное решение, которое позволяет невзаимные устройства с почти любым фотонным материалом.
Однако физический размер устройства и доступность материалов не единственные проблемы с текущим состоянием искусства, сказали исследователи.«Лабораторные попытки производства компактных магнитных оптических изоляторов всегда изводились большой оптической потерей», сказали аспирант и ведущий автор Беньямин Зон. «Промышленность фотоники не может предоставить эту связанную с материалом потерю и также нуждается в решении, которое обеспечивает достаточно пропускной способности, чтобы быть сопоставимым с традиционной магнитной техникой. До сих пор не было никакого подхода magnetless, который конкурентоспособен».
Новое устройство – только 200 на 100 микронов в размере – приблизительно в 10,000 раз меньший, чем согласованный сантиметр – и сделанный из алюминия азотирует, прозрачный материал, который пропускает свет и совместим с литейными заводами фотоники. «Звуковые волны произведены в некотором роде подобные пьезоэлектрическому спикеру, использование крошечных электродов, написанных непосредственно на алюминий, азотирует с электронным лучом. Именно эти звуковые волны заставляют свет в устройстве ехать только в одном направлении.
Это – первый раз, когда magnetless изолятор превзошел пропускную способность гигагерца», сказал Зон.Исследователи ищут способы увеличить пропускную способность или мощность данных этих изоляторов и уверены, что они могут преодолеть это препятствие. После того, как усовершенствованный, они предполагают поддающиеся трансформации применения в фотонных системах связи, гироскопах, системах GPS, атомном хронометрировании и информационных центрах.«Информационные центры обращаются с огромными объемами интернет-потока данных и потребляют большие количества энергии для организации сети и для хранения классных серверов», сказал Баль. «Основанная на свете коммуникация желательна, потому что она производит намного меньше тепла, означая, что так намного меньше энергии может быть потрачено на охлаждение сервера, передавая намного больше данных в секунду».
Кроме технологического потенциала, исследователи не могут не быть загипнотизированными фундаментальной наукой позади этого продвижения.«В повседневной жизни мы не видим взаимодействий света со звуком», сказал Баль. «Свет может пройти через прозрачное оконное стекло, не делая ничего странного. Наша область исследования нашла, что свет и звук действительно, на самом деле, взаимодействуют очень тонким способом. Если Вы применяете правильные технические принципы, Вы можете встряхнуть прозрачный материал просто правильным способом увеличить эти эффекты и решить эту главную научную проблему.
Это кажется почти волшебным».Управление перспективного планирования оборонных научно-исследовательских работ Соединенных Штатов и Научно-исследовательская лаборатория Военно-воздушных сил поддержали это исследование.