Các nhà khoa học tại Viện Khoa học Ánh sáng Max Planck lần đầu tiên đã chế tạo ra một thiết bị đơn hướng làm tăng đáng kể chất lượng tín hiệu xoáy quang học. Bằng cách truyền các chế độ xoáy quang học chọn lọc theo một hướng duy nhất, thiết bị được phát triển giúp giảm sự tán xạ ngược bất lợi xuống mức tối thiểu. Các nhà khoa học nhấn mạnh tiềm năng to lớn của khám phá này trong nhiều hệ thống quang học, với các ứng dụng khác nhau, từ truyền thông ghép kênh phân chia chế độ, nhíp quang học, laser xoáy đến các hệ thống thao tác lượng tử.

Giao tiếp quang có thể được cải thiện bằng cách tăng lượng thông tin quang truyền qua. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng các kênh ghép như sử dụng nhiều bước sóng quang, các trạng thái phân cực khác nhau hoặc nhiều khe thời gian. Trong thập kỷ trước, các chế độ không gian quang học là trường eigen trong các ống dẫn sóng được khai thác rộng rãi để cải thiện hơn nữa khả năng liên lạc do ít nhiễu xuyên âm giữa các chế độ không gian trực giao.

Trong giao tiếp cổ điển cũng như trong giao tiếp lượng tử, việc sử dụng các chế độ xoáy trong các phương pháp ghép kênh đã được chứng minh là hiệu quả. Bộ chế độ đặc biệt này sở hữu phân bố pha quang xoáy và cho phép có thêm một bậc tự do để ghép kênh tín hiệu quang. Các thiết bị như bộ tạo xoáy, laser và bộ khuếch đại tín hiệu đã được thử nghiệm và đang có nhu cầu lớn.

Một hạn chế ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng là vẫn chưa có một thiết bị nào cho phép truyền các chế độ xoáy nhất định theo một hướng chứ không phải theo hướng ngược lại. Tuy nhiên, chỉ duy nhất loại thiết bị được gọi là bộ cách ly xoáy quang học có tầm quan trọng thiết yếu đối với việc cải thiện chất lượng và độ tinh khiết của tín hiệu. Khó khăn đặc biệt trong việc phát triển một thiết bị như vậy nằm ở nguyên tắc cơ bản của quang học: tính tương hỗ. Nó yêu cầu đáp ứng đối xứng của kênh truyền khi nguồn và điểm quan sát được hoán đổi cho nhau.

Gần đây, một nhóm tại Viện Khoa học Ánh sáng Max Planck đã đạt được bước đột phá giúp điều này trở nên khả thi: Họ sử dụng sóng âm thanh chỉ truyền theo một hướng để phá vỡ sự truyền qua lại của ánh sáng đối với các chế độ xoáy đã chọn. Hiệu ứng của cái gọi là tán xạ Brillouin-Mandelstam chọn lọc cấu trúc liên kết trong sợi tinh thể quang tử bất đối xứng cho phép tạo ra sự tương tác một chiều của sóng ánh sáng mang xoáy với sóng âm truyền đi. Một xoáy quang học cụ thể có thể bị triệt tiêu hoặc khuếch đại mạnh bằng đèn điều khiển được thiết kế tốt. Kết quả thí nghiệm được công bố trên tạp chí Science Advances cho thấy tỷ lệ cô lập xoáy đáng kể, ngăn chặn hiện tượng tán xạ ngược ngẫu nhiên và suy giảm tín hiệu trong hệ thống.

Bộ cách ly xoáy quang học điều khiển bằng ánh sáng sẽ có tác động lớn đến các ứng dụng như truyền thông quang học, xử lý thông tin lượng tử, nhíp quang học và laser sợi quang. Chi tiết tham khảo tại:

Xinglin Zeng, Philip St.J. Russell, Christian Wolff, Michael H. Frosz, Gordon K. L. Wong, Birgit Stiller. Nonreciprocal vortex isolator via topology-selective stimulated Brillouin scattering. Science Advances, 2022; 8 (42) DOI: 10.1126/sciadv.abq6064

(Sưu tầm)
VIỆN IMC
Tòa nhà IMC Tower, Số 176 Trường Chinh, Phường Khương
Thượng, Quận Đống Đa, Thành phố Hà Nội, Việt Nam
Tel/Fax : (+84) 24 3566 6232 / 24 3566 6234
Email: contact@imc.org.vn   Website: https://imc.org.vn