Onderzoekers van Michigan Tech hebben een ruisreducerende magneto-optische respons in kaart gebracht die optreedt in glasvezelcommunicatie, de deur openen voor nieuwe materiaaltechnologieën.

Optische signalen geproduceerd door laserbronnen worden veelvuldig gebruikt in glasvezelcommunicatie, die werken door als licht verpakte informatie door kabels te pulseren, zelfs op grote afstanden, van een zender naar een ontvanger. Door deze technologie is het mogelijk om telefoongesprekken, internetberichten, en kabeltelevisiebeelden. Het grote voordeel van deze technologie ten opzichte van elektrische signaaloverdracht is de bandbreedte, namelijk de hoeveelheid informatie die kan worden uitgezonden.

Nieuw onderzoek van een samenwerking tussen Michigan Technological University en Argonne National Laboratory verbetert de optische signaalverwerking verder, wat zou kunnen leiden tot de fabricage van nog kleinere glasvezelapparaten.

Het artikel, het onthullen van een onverwacht mechanisme in optische niet-wederkerigheid - ontwikkeld door de onderzoeksgroep van Miguel Levy, hoogleraar natuurkunde aan Michigan Tech - is gepubliceerd in het tijdschrift optiek . "Boosting Optical Non-reciprocity:Surface Reconstruction in Iron Grannets" verklaart de kwantum- en kristallografische oorsprong van een nieuw oppervlakte-effect in niet-wederkerige optica dat de verwerking van optische signalen verbetert.

Stille optische signalen

Een optische component die de magneto-optische isolator wordt genoemd, verschijnt alomtegenwoordig in deze optische circuits. Zijn functie is om de laserbron - de plaats waar licht wordt gegenereerd vóór transmissie - te beschermen tegen ongewenst licht dat stroomafwaarts kan worden teruggekaatst. Elk dergelijk licht dat de laserholte binnenkomt, brengt het verzonden signaal in gevaar omdat het het optische equivalent van ruis creëert.

"Optische isolatoren werken volgens een heel eenvoudig principe:licht dat in de voorwaartse richting gaat, wordt doorgelaten; licht dat in de achterwaartse richting gaat, wordt gestopt, "Zei Levy. "Dit lijkt in strijd met een natuurkundig principe dat tijdomkeringssymmetrie wordt genoemd. De wetten van de natuurkunde zeggen dat als je de richting van de tijd omkeert - als je terug in de tijd reist - je precies eindigt waar je begon. Daarom, het licht dat teruggaat, moet in de laser terechtkomen. Maar dat doet het niet. Isolatoren bereiken deze prestatie door gemagnetiseerd te zijn. De magnetische noord- en zuidpolen in het apparaat wisselen niet van plaats voor licht dat terugkomt. Dus voorwaartse en achterwaartse richtingen zien er eigenlijk anders uit dan het reizende licht. Dit fenomeen wordt optische niet-wederkerigheid genoemd, " hij zei.

Voor de FEI 200kV Titan Themis Scanning Transmission Electron Microscope (STEM) van Michigan Tech (een van de slechts twee Titans in de staat Michigan), de hele wereld is een podium.

Optische isolatoren moeten worden geminiaturiseerd voor integratie op de chip in optische circuits, een proces vergelijkbaar met de integratie van transistors in computerchips. Maar die integratie vereist de ontwikkeling van materiaaltechnologieën die efficiëntere optische isolatoren kunnen produceren dan momenteel beschikbaar zijn.

Recent werk van Levy's onderzoeksgroep heeft een orde van grootte verbetering aangetoond in het fysieke effect dat verantwoordelijk is voor de werking van de isolator. Deze vonst, waarneembaar in ijzer-granaatfilms op nanoschaal, opent de mogelijkheid van veel kleinere apparaten. De ontwikkeling van nieuwe materiaaltechnologie van dit effect hangt af van het begrijpen van de kwantumbasis.

De bevindingen van de onderzoeksgroep geven precies dit soort inzicht. Dit werk is gedaan in samenwerking met afgestudeerde natuurkundestudent Sushree Dash, Toegepaste chemische en morfologische analyse Laboratoriummedewerker Pinaki Mukherjee en stafwetenschappers van het Argonne National Laboratory, Daniel Haskel en Richard Rosenberg.

Het Optica-artikel legt de rol uit van het oppervlak in de elektronische overgangen die verantwoordelijk zijn voor de waargenomen verbeterde magneto-optische respons. Deze werden waargenomen met behulp van Argonne's Advanced Photon Source. Het in kaart brengen van de oppervlaktereconstructie die ten grondslag ligt aan deze effecten werd mogelijk gemaakt door de ultramoderne scanning transmissie-elektronenmicroscoop die twee jaar geleden door Michigan Tech werd verworven. Het nieuwe begrip van magneto-optische respons biedt een krachtig hulpmiddel voor de verdere ontwikkeling van verbeterde materiaaltechnologieën om de integratie van niet-wederkerige apparaten in optische circuits te bevorderen.