实现近乎完美光学隔离使用光电机械透明度

来自伊利诺伊大学厄巴纳-尚佩恩分校的研究人员展示了光电隔离为推进芯片上光信号处理所必需的一个新的水平。涉及光良性互动的技术可以适用于几乎任何光子的铸造工艺和可以显著影响光计算和通信系统。

“低损耗光隔离器是关键组件信号路由和保护，但光子电路芯片规模融入尚不现实。隔离器作为光二极管通过允许光透过单程阻塞在相反的方向，同时”解释拉夫巴尔，机械科学与工程在伊利诺斯州的助理教授。”在此研究中，我们表明，完整的光电隔离可以获得内使用一个非常简单的方法，任何介质波导和没有使用磁铁或磁性材料”。

理想的光学隔离器的关键特点是，他们应该允许光与零损失的一种方式，同时吸收光完全在相反的方向，即 ‘完成’ 隔离的条件。理想的隔离器也应该有较宽的带宽，并且必须是线性、 即光学信号的波长不会更改通过装置和性能是互相独立的信号强度。最好的方法，到目前为止，为实现具有这些特点的隔离已通过发生在特殊的旋光材料，例如石榴石晶体的法拉第磁光效应。不幸的是，这项技术已被证明有挑战性的实施在芯片规模光电子制造复杂性、 difficulty 在本地 confining 磁性的前瞻和巨大的物质损失。根据这一挑战，探讨了几种非磁性的替代方法打破互惠理论和实验研究。

在以往的研究中，巴尔的研究团队第一次，实验证明了这一现象的布里渊散射诱导透明度 (BSIT)，在其中可以用光声耦合减速、 加速，，阻止光线光学波导中。

“最重要的发现是观察 BSIT 是一种非互惠的现象 — — 透明度只生成的一种方法。在另一个方向，系统仍然吸收光线，”巴尔说。”这种非互惠行为可以利用打造隔离器和环行器的光学设计器的工具箱中不可缺少的工具。”

“在此工作中，我们通过实验证明完整的线性光隔离石英玻璃，完全由波导谐振腔系统中将强耦合政权，和同时，探测光传输的波导中的向前和向后的方向推 BSIT 互动”说 JunHwan Kim，研究生与第一作者的论文，”完全与超低损耗尺度线性光电隔离”出现在科学报告。

通过实验，我们已证明能产生对比仅 1 db 向前插入损耗隔离带内的破纪录 78.6 dB 线性隔振器”J.金补充道。”这意味着，向后传播的光将近 100-万次更强烈抑制比光在前进的方向。我们也证明隔离方向动态光学 reconfigurability。

“目前的效果证明了窄带宽。在将来，更多的带宽隔离可能还接洽如果波导和谐振腔是集成的芯片，因为可以消除剩余的机械问题，”可以精确设计的互动模式，”巴尔说。实现完全线性光隔离通过光电机械互动 BSIT 像发生在所有的媒体，不论其结晶度或 amorphicity，材料能带结构，偏磁或存在的增益，确保能与几乎任何光学材料在几乎任何商业光子学铸造实现技术。

因为它避免了磁场或射频驾驶前瞻，这种做法是特别有吸引力，为芯片级冷原子微系统技术，为隔离和模板的光信号和片上激光保护而不会丢失。

J.Kim、 巴尔研究生 Seunghwi Kim 是研究共同第一作者。资助这项研究是通过 DARPA 冷原子微系统程序及提供空军办公室科学研究青年科学家基金项目程序。