Onderzoekers van FOM-instituut AMOLF en de Universiteit van Texas in Austin hebben een compacte eenrichtingsstraat voor licht gecreëerd. Dat is opmerkelijk omdat lichtgolven zich over het algemeen in beide richtingen in een materiaal kunnen bewegen. Optische chips kunnen profiteren van de nieuwe functionaliteit, omdat het een nieuwe manier mogelijk maakt om gegevens te routeren die zijn gecodeerd in de lichtsignalen.

De onderzoekers publiceerden hun resultaten in Natuurcommunicatie op 29 nov.

Hoe werkt het?

Hoewel het effect meestal niet merkbaar is, licht dat een voorwerp raakt, oefent een kleine kracht uit, licht 'duwen' het object dat het verlicht. In sommige gevallen, licht kan zelfs een klein object doen bewegen. De onderzoekers gebruikten dit gegeven om eenrichtingsverkeer voor licht te maken. Ze bereikten dit door licht dat door een optische vezel gaat tijdelijk op te vangen in een perfect gevormde ring met een diameter die kleiner is dan die van een mensenhaar. In zo'n ring licht kan gemakkelijk circuleren 100, 000 keer, wat de kracht die het op de muren uitoefent aanzienlijk versterkt. Als resultaat, de ring zet iets uit. De onderzoekers introduceerden vervolgens een tweede lichtgolf met een iets andere kleur dan de eerste. Door de interferentie van beide lichtgolven, de ring trilt, maar alleen als de twee golven in dezelfde richting door de ring bewegen. Omdat het systeem zo is ontworpen dat de optische vezel alleen licht doorlaat als de ring trilt, licht uit de tegenovergestelde richting wordt geblokkeerd.

Sollicitatie

De gedemonstreerde principes kunnen heel belangrijk zijn om ervoor te zorgen dat licht in optische chips in de goede richting beweegt. De huidige data wordt al grotendeels in de vorm van licht getransporteerd. Het verwerken van informatie in optische schakelingen op chips heeft grote voordelen ten opzichte van elektronische alternatieven, vooral omdat licht veel minder energie verbruikt. Echter, een ontbrekend onderdeel op deze optische chips tot nu toe was een optische isolator:een onderdeel dat golven in één richting doorlaat, maar blokkeert golven in de andere richting, daardoor het transport van signalen regelen. Het experiment demonstreert een prototype van een zeer compacte isolator, die ook actief met licht kan worden in- en uitgeschakeld.

Theorie en vervolgonderzoek

De onderzoekers vertaalden de laboratoriumwaarnemingen naar een algemene theorie van 'optomechanical isolation'. Deze theorie beschrijft en voorspelt dat implementatie van eenrichtingsverkeer in een groot aantal verschillende systemen mogelijk zal zijn. Dit omvat systemen die een nog snellere verwerking van optische signalen mogelijk maken. Verder, de onderzoekers tonen aan dat de isolator ook voor radiogolven zou kunnen werken, die de toepassing ervan in toekomstige kwantumcomputers mogelijk zou kunnen maken.