Pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign demonstraram um novo nível de isolamento óptico necessário para o avanço do processamento de sinal óptico no chip. A técnica que envolve a interação luz-som pode ser implementada em quase qualquer processo de fundição fotônica e pode impactar significativamente a computação óptica e os sistemas de comunicação.

"Os isoladores ópticos de baixa perda são componentes críticos para o roteamento e proteção do sinal, mas sua integração em escala de chip em circuitos fotônicos ainda não é prática. Os isoladores agem como diodos ópticos, permitindo que a luz passe por um caminho enquanto a bloqueia na direção oposta, "explicou Gaurav Bahl, professor assistente de ciência mecânica e engenharia em Illinois. "Neste estudo, demonstramos que o isolamento óptico completo pode ser obtido dentro de qualquer guia de onda dielétrico usando uma abordagem muito simples, e sem o uso de ímãs ou materiais magnéticos. "

As principais características dos isoladores ópticos ideais são que eles devem permitir luz com perda zero em uma direção, enquanto absorve luz perfeitamente na direção oposta, ou seja, a condição de isolamento "completo". Os isoladores ideais também devem ter uma largura de banda ampla e devem ser lineares, isto é, o comprimento de onda do sinal óptico não muda através do dispositivo e as propriedades são independentes da força do sinal. O melhor método, Até a presente data, para alcançar o isolamento com essas características foi através do efeito de rotação magneto-óptica de Faraday ocorrendo em materiais girotrópicos especiais, por exemplo. cristais de granada. Infelizmente, esta técnica tem se mostrado desafiadora para implementar em fotônica em escala de chip devido à complexidade de fabricação, dificuldade em confinar localmente os campos magnéticos, e perdas materiais significativas. À luz deste desafio, várias alternativas não magnéticas para quebrar a reciprocidade têm sido exploradas tanto teórica quanto experimentalmente.

Em um estudo anterior, A equipe de pesquisa de Bahl demonstrou experimentalmente, pela primeira vez, o fenômeno da Transparência Induzida por Espalhamento de Brillouin (BSIT), em que o acoplamento luz-som pode ser usado para desacelerar, acelerar, e bloquear a luz em um guia de onda óptico.

"O aspecto mais significativo dessa descoberta é a observação de que BSIT é um fenômeno não recíproco - a transparência é gerada apenas de uma maneira. Na outra direção, o sistema ainda absorve luz, "Bahl disse." Este comportamento não recíproco pode ser explorado para construir isoladores e circuladores que são ferramentas indispensáveis ​​em um kit de ferramentas de projetista óptico. "

"Nesse trabalho, demonstramos experimentalmente o isolamento óptico linear completo em um sistema ressonador-guia de ondas composto inteiramente de vidro de sílica, empurrando a interação BSIT para o regime de acoplamento forte, e sondar a transmissão óptica através do guia de onda nas direções para frente e para trás simultaneamente, "afirmou JunHwan Kim, um estudante de pós-graduação e primeiro autor do artigo, "Isolamento óptico linear completo em microescala com perda ultrabaixa, "aparecendo em Relatórios Científicos .

"Experimentalmente, demonstramos um isolador linear capaz de gerar um recorde de 78,6 dB de contraste para apenas 1 dB de perda de inserção direta dentro da banda de isolamento, "J. Kim acrescentou." Isso significa que a luz que se propaga para trás é quase 100 milhões de vezes mais fortemente suprimida do que a luz na direção para frente. Também demonstramos a reconfiguração óptica dinâmica da direção de isolamento. "

"Atualmente, o efeito foi demonstrado em uma largura de banda estreita. No futuro, isolamento de largura de banda mais amplo também pode ser abordado se o guia de ondas e o ressonador estiverem integrados no chip, uma vez que os problemas mecânicos restantes podem ser eliminados e os modos de interação podem ser projetados com precisão, "Bahl disse." Alcançar o isolamento óptico linear completo por meio de interações opto-mecânicas como BSIT que ocorrem em todas as mídias, independentemente da cristalinidade ou amorficidade, estrutura de banda de material, polarização magnética, ou presença de ganho, garante que a técnica pode ser implementada com quase qualquer material óptico em quase qualquer fundição fotônica comercial. "

Por evitar campos magnéticos ou de direção de radiofrequência, esta abordagem é particularmente atraente para tecnologias de microssistemas de átomo frio em escala de chip, para isolamento e fechamento de sinais ópticos, e proteção contra laser no chip sem perdas.