光情報伝送の画期的な進歩

マックス・プランク光科学研究所の科学者たちは、初めて管理しました光通信における特別なクラスの送信信号である光渦の品質を大幅に向上させる単方向デバイスを作成します。 開発されたデバイスは、選択的な光渦モードを一方向のみに送信することにより、有害な後方散乱を大幅に最小限に抑えます。 科学者らは、モード分割多重通信、光ピンセット、ボルテックスレーザーから量子操作システムに至るまで、さまざまな光学システムにおいてこの発見が非常に実用的であることを強調している。

光通信は、送信される光情報の量を増やすことで改善できます。 これは、多くの光波長、異なる偏波状態、または複数のタイムスロットを使用するなど、多重化チャネルを使用することによって実現できます。 過去 10 年間、導波路内の固有場である光空間モードは、直交空間モード間のクロストークが少ないため、通信容量をさらに向上させるために広く利用されてきました。

古典通信でも量子通信でも、多重化方法でのボルテックスモードの使用が有利であることが証明されています。 この特別なモード セットは螺旋状の光位相分布を備えており、光信号の多重化の自由度がさらに高まります。 ボルテックスジェネレーター、レーザー、信号増幅器などのデバイスがデモンストレーションされており、大きな需要があります。

適用性に対する制限的な影響は、特定の渦モードを一方向に伝達できるが、反対方向には伝達できないデバイスがまだ存在していないことです。 しかし、この種のデバイス、いわゆる光渦アイソレーターは、信号の品質と純度を向上させるために非常に重要です。 このようなデバイスの開発で特に難しいのは、光学の基本原理である相反性です。 信号源と観測点が入れ替わる場合、伝送チャネルの対称的な応答が必要です。

さて、Xinglin Zeng、Philip Russell、Birgit Stiller 率いるマックス・プランク光科学研究所のチームは、これを可能にする画期的な進歩を達成しました。彼らは、一方向にのみ伝播する音波を使用して、光の透過相互関係を打ち破りました。選択された渦モード。 キラルフォトニック結晶ファイバーにおけるいわゆるトポロジー選択的ブリルアン・マンデルスタム散乱の効果により、渦を運ぶ光波と進行する音波の一方向の相互作用が可能になります。 特定の光渦は、適切に設計された制御光によって強力に抑制または増幅できます。 Science Advances に掲載された実験結果では、渦分離率が大幅に向上し、システム内のランダムな後方散乱と信号劣化が防止されることが示されています。

「これは、渦モードの最初の非相反系であり、非相反光学に新たな展望を切り開きます。同じ物理的効果が基本モードだけでなく高次モードでも起こり得るのです」と、この本の筆頭著者である Xinglin Zeng 氏は述べています。紙。 「光駆動の光渦アイソレータは、光通信、量子情報処理、光ピンセット、ファイバーレーザーなどの応用に大きな影響を与えるでしょう。光と音波だけで渦モードを選択的に操作できる可能性は非常に魅力的だと思います」コンセプト」と量子光音響研究グループのリーダー、ビルギット・スティラー氏は言う。

- このプレスリリースはもともとマックス・プランク・ゲゼルシャフトのウェブサイトに掲載されたものです。