Jättimäinen fotoni-isolointi ja -kiertoliike

Illinoisin Grainger College of Engineeringin tutkijat ovat ensimmäisiä, jotka ovat osoittaneet yksinkertaisen ja viritettävän menetelmän epäsymmetristen kytkentöjen toteuttamiseksi integroidussa fotoniikassa.

Heidän julkaistut löydöksensä tarjoavat tietoa topologisesta fysiikasta ja esittelevät samalla uuden lähestymistavan optiseen ei-vastavuoroisuuteen ja fotoniseen kiertoliikkeeseen.

Fotoniikan kokeellisia järjestelmiä pidetään usein suljettuina ja vastavuoroisina, mikä tarkoittaa, että energiaa ei vaihdeta laitteen ympärillä olevan laajemman maailmankaikkeuden kanssa. Viimeaikaiset ei-hermiittisyyttä koskevat tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että järjestelmän avaaminen ulkopuolisille vuorovaikutuksille voi tuottaa yllättäviä uusia ilmiöitä.

”Optiikan alalla aihetta on tutkittu varmasti hyvin vähän. Optisten laitteiden kanssa voi olla hyvin hankalaa työskennellä, ja aiemmat kokeet, joissa on syntynyt epäsymmetrisiä vuorovaikutuksia, ovat vaatineet optista vahvistusta, jota ei ole lainkaan saatavilla useimmissa materiaaleissa.”

Sen sijaan Bahlin laboratorio havaitsi, että materiaali-indeksin vaihtelu sekä ajassa että paikassa voi tuottaa tämän epäsymmetrian melko helposti. Tämän hypoteesin testaamiseksi he rakensivat kahden resonaattorin "fotonisen molekyylin litiumniobaattia (materiaalia, jossa modulaatio voidaan indusoida syöttämällä jännitettä) käyttäen".

Ohjaamalla modulaatioiden amplitudia, vaihetta ja taajuutta he osoittivat, että resonaattoreiden välistä vuorovaikutusta voitiin muokata dynaamisesti, jolloin saavutettiin sekä symmetrisiä että epäsymmetrisiä kytkentöjä tarpeen mukaan.

”Olemme kehittäneet erittäin mielenkiintoisen lähestymistavan”, Bahl sanoi. ”Modulaatio yksinkertaisesti muuttaa resonaattoreita jaksoittain, mikä johtaa vaikutukseen, joka näyttää täsmälleen teoreettiselta Hatano-Nelson-kytkennältä. Parasta on, että menetelmä on täysin riippumaton käytetystä järjestelmästä ja sitä voidaan käyttää jopa elektroniikassa, akustiikassa tai jopa suprajohtavissa kvanttirakenteissa.”

Tutkimuksen alkuperäinen tavoite oli saada tämä epäsymmetria täydellisen eristämisen pisteeseen – eli pisteeseen, jossa yhteen suuntaan ei ole lainkaan vuorovaikutusta. He saavuttivat tämän tavoitteen osoittamalla jättimäisen optisen eristämisen vaikutuksen, jossa valon eteneminen yhteen suuntaan oli miljoona kertaa helpompaa kuin vastakkaiseen suuntaan.

Mutta tutkiessaan testilaitteitaan insinöörit kohtasivat iloisen yllätyksen. Heidän lähestymistapansa oli niin tehokas, että he pääsivät jopa eristyspisteen ohi, jossa kytkennän etumerkki yksinkertaisesti kääntyi ja vaiheesta tuli suunnasta riippuva. Tätä ei ole aiemmin nähty aikamoduloidussa kytkennässä, ja se on helppo tie fotoniseen gyraation saavuttamiseen.

Illinoisin tutkijat pyrkivät jatkossa laajentamaan havaintojaan. Samanaikaisesti he pyrkivät tekniikan näkökulmasta luomaan puhtaan gyraattorin, joka on monien ei-vastavuoroisen laitteiden universaali rakenneosa.

Aiheesta aiemmin:

Ei-vastavuoroista fotoniikkaa

Ei-vastavuoroista ja aikakiteistä metapintaa

Sirulle sopiva laserisolaattori