Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han demostrado un nuevo nivel de aislamiento óptico necesario para avanzar en el procesamiento de señales ópticas en el chip. La técnica que involucra la interacción luz-sonido se puede implementar en casi cualquier proceso de fundición fotónica y puede impactar significativamente los sistemas de comunicación y computación óptica.

"Los aisladores ópticos de baja pérdida son componentes críticos para el enrutamiento y la protección de la señal, pero su integración a escala de chip en circuitos fotónicos aún no es práctica. Los aisladores actúan como diodos ópticos al permitir que la luz pase a través de una dirección mientras la bloquea en la dirección opuesta. "explicó Gaurav Bahl, profesor asistente de ciencias mecánicas e ingeniería en Illinois. "En este estudio, Demostramos que se puede obtener un aislamiento óptico completo dentro de cualquier guía de ondas dieléctrica utilizando un enfoque muy simple, y sin el uso de imanes o materiales magnéticos ".

Las características clave de los aisladores ópticos ideales son que deben permitir luz sin pérdida en un sentido, mientras absorbe la luz perfectamente en la dirección opuesta, es decir, la condición de aislamiento 'completo'. Los aisladores ideales también deben tener un ancho de banda amplio y deben ser lineales, es decir, la longitud de onda de la señal óptica no cambia a través del dispositivo y las propiedades son independientes de la intensidad de la señal. El mejor método hasta la fecha, para lograr un aislamiento con estas características ha sido a través del efecto de rotación magnetoóptica de Faraday que se produce en materiales gyrotrópicos especiales, p.ej. cristales de granate. Desafortunadamente, esta técnica ha demostrado ser un desafío para implementar en fotónica a escala de chip debido a la complejidad de fabricación, dificultad para confinar localmente los campos magnéticos, y pérdidas materiales importantes. A la luz de este desafío, Se han explorado varias alternativas no magnéticas para romper la reciprocidad tanto teórica como experimentalmente.

En un estudio anterior, El equipo de investigación de Bahl demostró experimentalmente, por primera vez, el fenómeno de la transparencia inducida por dispersión de Brillouin (BSIT), en el que se puede utilizar el acoplamiento luz-sonido para reducir la velocidad, acelerar, y bloquear la luz en una guía de ondas óptica.

"El aspecto más significativo de ese descubrimiento es la observación de que BSIT es un fenómeno no recíproco:la transparencia solo se genera de una manera. En la otra dirección, el sistema todavía absorbe luz, ", Dijo Bahl." Este comportamiento no recíproco se puede explotar para construir aisladores y circuladores que son herramientas indispensables en el juego de herramientas de un diseñador óptico ".

"En este trabajo, Demostramos experimentalmente un aislamiento óptico lineal completo en un sistema de resonador-guía de ondas compuesto completamente de vidrio de sílice, empujando la interacción BSIT en el régimen de acoplamiento fuerte, y sondear la transmisión óptica a través de la guía de ondas en las direcciones hacia adelante y hacia atrás simultáneamente, "declaró JunHwan Kim, estudiante de posgrado y primer autor del artículo, "Aislamiento óptico lineal completo a microescala con pérdida ultrabaja, "apareciendo en Informes científicos .

"Experimentalmente, Hemos demostrado un aislador lineal capaz de generar un contraste récord de 78,6 dB para solo 1 dB de pérdida de inserción directa dentro de la banda de aislamiento. "J. Kim agregó." Esto significa que la luz que se propaga hacia atrás es casi 100 millones de veces más reprimida que la luz en la dirección de avance. También demostramos la capacidad de reconocimiento óptico dinámico de la dirección de aislamiento ".

"Actualmente, el efecto se ha demostrado en un ancho de banda estrecho. En el futuro, También se puede lograr un aislamiento de ancho de banda más amplio si la guía de ondas y el resonador están integrados en el chip, Dado que los problemas mecánicos restantes se pueden eliminar y los modos de interacción se pueden diseñar con precisión, "Bahl dijo." Lograr un aislamiento óptico lineal completo a través de interacciones opto-mecánicas como BSIT que ocurren en todos los medios, independientemente de la cristalinidad o amorficidad, estructura de la banda de material, sesgo magnético, o presencia de ganancia, asegura que la técnica podría implementarse con casi cualquier material óptico en casi cualquier fundición fotónica comercial ".

Dado que evita los campos magnéticos o los campos de conducción de radiofrecuencia, este enfoque es particularmente atractivo para tecnologías de microsistemas de átomos fríos a escala de chip, tanto para el aislamiento como para el encofrado de señales ópticas, y protección láser en chip sin pérdida.