Läpimurto valonsiirron hallinnassa

Nykytekniikan käyttö vaatii yhä tehokkaampien signaalinsiirtomenetelmien käyttöä. Näitä vaatimuksia rajoittaa kuitenkin vastavuoroisuus - fysiikan laki, joka pakottaa valonsiirron identtisiksi vastakkaisiin suuntiin.

Nykyään näihin haasteisiin vastataan erottimilla, joissa hyödynnetään ulkoista magneettikenttää ohjaamaan aaltoja yhteen suuntaan. Menetelmä on kallis eikä magneetteihin perustuvaa tekniikkaa voida integroida piipohjaisiin piireihin ja järjestelmiin.

City University of New York (CUNY) ja Texas Austinin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden valoaallon erottelumenetelmän, joka voi ratkaista nämä haasteet.

"Olemme työskennelleet vastavuoroisuuden poistamisessa ilman magneetteja muutaman vuoden ajan", kertoi fysiikan professori Andrea Alù. "Aiemmin olemme tutkineet laitteita, joissa on liikkuvia tai ajan suhteen muuttuvia elementtejä, mutta nämä lähestymistavat aiheuttavat muita teknisiä haasteita."

"Uudessa tutkimuspaperissa osoitetaan, että ei-magneettinen laite, joka ei sisällä ulkoista virtalähdettä - sopivasti räätälöityjen epälineaarisuuksien ansiosta - voi rikkoa rajusti siirtosymmetriaa ja toteuttaa tehokkaan laajakaistaisen erottelun."

Aiemmat yritykset epälineaarisuuden käyttämiseksi erottelun indusoimiseksi ovat olleet heikkoja, koska ne ovat perustuneet yhteen epälineaariseen resonaattoriin.

Tutkijaryhmä kykeni ratkaisemaan tämän ongelman käyttämällä kahta viivelinjan kautta kytkettyä tarkasti suunniteltua epälineaarista resonaattoria, ja osoittaen, että tämä on minimaalinen konfiguraatio, joka mahdollistaa vähäisen hävikin yksisuuntaisen siirron laajalla kaistanleveydellä.

Piirilevylle painetut yhdistetyt komponentit muodostivat erittäin tehokkaan, täysin passiivisen erottimen, joka tarjoaa erinomaisen signaalin eheyden.

Tutkijatiimi ennakoi, että havainnot voivat olla hyödyllisiä useissa eri tekniikoissa, kuten kulutuselektroniikka, kirurgiset laserit, autoteollisuuden tutka- ja lidar-järjestelmät sekä nanofotoniset piirit ja järjestelmät.

Seuraava tutkimusvaihe tutkii erilaisia lähestymistapoja, joilla hienosäätää erottimen toimivuutta, mukaan lukien mahdollisten epälineaaristen resonaattoreiden lisätyyppien realisoimista kiertoelimien ja muiden moniporttilaitteiden toteuttamiseen.

Aiheesta aiemmin:

Kevyempi ja halvempi kiertoelin

Reititin sähkömagneettisille aalloille

Radion kiertoelin mikropiirille