광정보 전송의 획기적인 발전

막스 플랑크 빛 과학 연구소의 과학자들은처음으로 관리됨 광통신에서 특수한 종류의 전송 신호 품질을 크게 향상시키는 단방향 장치인 광학 소용돌이를 만듭니다. 선택적 광학 소용돌이 모드를 단방향으로만 전송함으로써 개발된 장치는 유해한 후방 산란을 최소한으로 크게 줄입니다. 과학자들은 모드 분할 다중 통신, 광학 핀셋, 소용돌이 레이저부터 양자 조작 시스템에 이르기까지 다양한 응용 분야를 갖춘 많은 광학 시스템에서 이번 발견이 실제로 유용하다는 점을 강조합니다.

전송되는 광정보의 양을 늘려 광통신을 향상시킬 수 있습니다. 이는 많은 광학 파장, 다양한 편광 상태 또는 여러 시간 슬롯을 사용하는 등 다중화된 채널을 사용하여 달성할 수 있습니다. 지난 10년 동안 도파관의 고유장인 광학 공간 모드는 직교 공간 모드 간의 혼선이 거의 없기 때문에 통신 용량을 더욱 향상시키기 위해 널리 활용되었습니다.

양자 통신뿐만 아니라 고전 통신에서도 다중화 방법에 소용돌이 모드를 사용하는 것이 유리한 것으로 입증되었습니다. 이 특수 모드 세트는 나선형 광학 위상 분포를 가지며 광학 신호 다중화에 대한 추가적인 자유도를 허용합니다. 소용돌이 발생기, 레이저, 신호 증폭기와 같은 장치가 시연되었으며 수요가 매우 높습니다.

적용 가능성에 대한 제한적인 효과는 특정 와류 모드를 한 방향으로 전달하지만 반대 방향으로는 전달을 허용하지 않는 장치가 아직 없다는 것입니다. 그러나 이러한 종류의 장치(소위 광학 와류 분리기)는 신호 품질과 순도를 향상시키는 데 매우 중요합니다. 이러한 장치를 개발할 때 특히 어려운 점은 광학의 기본 원리인 상호성입니다. 소스와 관측점이 바뀔 때 전송 채널의 대칭적인 응답이 필요합니다.

이제 Xinglin Zeng, Philip Russell 및 Birgit Stiller가 이끄는 막스 플랑크 빛 과학 연구소의 팀은 이를 가능하게 하는 획기적인 발전을 이루었습니다. 그들은 빛 전송 상호성을 깨기 위해 한 방향으로만 전파되는 음파를 사용했습니다. 선택한 소용돌이 모드. 키랄 광결정 섬유에서 소위 토폴로지 선택적 브릴루앙-만델스탐 산란의 효과는 소용돌이를 운반하는 광파와 이동 음파의 단방향 상호 작용을 허용합니다. 잘 설계된 제어 조명을 사용하면 특정 광학 소용돌이를 강력하게 억제하거나 증폭할 수 있습니다. Science Advances에 발표된 실험 결과는 상당한 와류 격리 속도를 보여 시스템의 무작위 후방 산란 및 신호 저하를 방지합니다.

"이것은 소용돌이 모드에 대한 최초의 비가역 시스템으로, 비가역 광학에 새로운 관점을 열어줍니다. 동일한 물리적 효과는 기본 모드뿐만 아니라 고차 모드에서도 발생할 수 있습니다"라고 이 논문의 첫 번째 저자인 Xinglin Zeng은 말합니다. 종이. "빛 구동 광학 소용돌이 분리기는 광통신, 양자 정보 처리, 광학 핀셋 및 섬유 레이저와 같은 응용 분야에 큰 영향을 미칠 것입니다. 나는 빛과 음파에 의해서만 소용돌이 모드를 선택적으로 조작할 수 있는 가능성이 매우 매력적이라고 ​​생각합니다. 개념"이라고 Quantum Optoacoustics Research Group의 리더인 Birgit Stiller는 말합니다.

- 이 보도자료는 원래 Max-Planck-Gesellschaft 웹사이트에 게시되었습니다.