Innovazione nella trasmissione ottica delle informazioni

Gli scienziati dell'Istituto Max Planck per la scienza della luce lo hanno fattogestito per la prima volta creare un dispositivo unidirezionale che aumenti significativamente la qualità di una classe speciale di segnali trasmessi nelle comunicazioni ottiche: i vortici ottici. Trasmettendo modalità selettive di vortice ottico esclusivamente in modo unidirezionale, il dispositivo sviluppato riduce ampiamente al minimo la retrodiffusione dannosa. Gli scienziati sottolineano la grande utilità pratica della loro scoperta in molti sistemi ottici, con applicazioni che vanno dalle comunicazioni multiplex a divisione di modalità, alle pinzette ottiche, ai laser a vortice ai sistemi di manipolazione quantistica.

La comunicazione ottica può essere migliorata aumentando la quantità di informazioni ottiche trasmesse. Ciò può essere ottenuto utilizzando canali multiplex come l'utilizzo di molte lunghezze d'onda ottiche, diversi stati di polarizzazione o più intervalli di tempo. Nell'ultimo decennio, i modi spaziali ottici, che sono gli autocampi nelle guide d'onda, sono ampiamente sfruttati per migliorare ulteriormente la capacità di comunicazione a causa della scarsa diafonia tra i modi spaziali ortogonali.

Nella comunicazione classica così come in quella quantistica, l'uso delle modalità vortice nei metodi multiplexing si è dimostrato vantaggioso. Questo speciale set di modalità possiede una distribuzione di fase ottica elicoidale e consente un ulteriore grado di libertà per il multiplexing dei segnali ottici. Sono stati dimostrati dispositivi come generatori di vortici, laser e amplificatori di segnale, che sono molto richiesti.

Un effetto limitante sull'applicabilità è che non esiste ancora un dispositivo che consenta la trasmissione di determinate modalità di vortice in una direzione ma non in quella opposta. Tuttavia, proprio questo tipo di dispositivo, il cosiddetto isolatore ottico a vortice, è di cruciale importanza per il miglioramento della qualità e della purezza del segnale. La particolare difficoltà nello sviluppo di un dispositivo del genere è dovuta a un principio fondamentale dell'ottica: la reciprocità. Richiede una risposta simmetrica di un canale di trasmissione quando la sorgente e i punti di osservazione vengono scambiati.

Ora, un team del Max Planck Institute for the Science of Light, guidato da Xinglin Zeng, Philip Russell e Birgit Stiller, ha ottenuto una svolta che rende tutto ciò possibile: hanno utilizzato onde sonore che si propagano solo in una direzione per rompere la reciprocità di trasmissione della luce per modalità vortice scelte. L'effetto della cosiddetta diffusione Brillouin-Mandelstam selettiva per topologia nella fibra di cristallo fotonico chirale consente un'interazione unidirezionale delle onde luminose che trasportano vortici con le onde sonore viaggianti. Un vortice ottico specifico può essere fortemente soppresso o amplificato con una luce di controllo ben progettata. I risultati sperimentali pubblicati su Science Advances mostrano un tasso significativo di isolamento dei vortici, prevenendo la retrodiffusione casuale e il degrado del segnale nel sistema.

"Questo è il primo sistema non reciproco per le modalità vorticose, che apre una nuova prospettiva nell'ottica non reciproca: lo stesso effetto fisico può verificarsi non solo sulle modalità fondamentali ma anche sulle modalità di ordine superiore", afferma Xinglin Zeng, il primo autore di questo articolo. carta. "L'isolatore ottico di vortice guidato dalla luce avrà un grande impatto su applicazioni quali comunicazioni ottiche, elaborazione di informazioni quantistiche, pinzette ottiche e laser a fibra. Trovo molto affascinante la possibilità di manipolazione selettiva delle modalità vortice esclusivamente mediante onde luminose e sonore concetto" afferma Birgit Stiller, leader del Quantum Optoacoustics Research Group.

- Il presente comunicato stampa è stato originariamente pubblicato sul sito web della Max-Planck-Gesellschaft