Các nhà khoa học tại Viện Khoa học Ánh sáng Max Planck lần đầu tiên đã chế tạo được một thiết bị đơn hướng làm tăng đáng kể chất lượng của một loại tín hiệu truyền đặc biệt trong truyền thông quang học: các xoáy quang học.
Bằng cách truyền độc quyền các chế độ xoáy quang chọn lọc theo một hướng, thiết bị được phát triển giảm phần lớn sự tán xạ ngược bất lợi đến mức tối thiểu.
>> Tham khảo: Nền tảng cảm biến để nghiên cứu hệ thống mạch máu trong ống nghiệm mở ra khả năng thử nghiệm thuốc.
Các nhà khoa học nhấn mạnh tiện ích thực tế tuyệt vời của khám phá của họ trong nhiều hệ thống quang học, với các ứng dụng từ truyền thông đa kênh phân chia chế độ, nhíp quang học, laser xoáy cho đến các hệ thống thao tác lượng tử.
Truyền thông quang học có thể được cải thiện bằng cách tăng lượng thông tin quang học được truyền đi. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng các kênh ghép kênh như sử dụng nhiều bước sóng quang học, các trạng thái phân cực khác nhau hoặc nhiều khe thời gian.
Trong thập kỷ qua, các chế độ không gian quang học, là trường riêng trong ống dẫn sóng, được khai thác rộng rãi để cải thiện hơn nữa khả năng liên lạc do nhiễu xuyên âm nhỏ giữa các chế độ không gian trực giao.
>> Tham khảo: Chất xúc tác bền, rẻ tiền làm giảm lượng khí thải carbon trong quá trình sản xuất amoniac.
Trong truyền thông cổ điển cũng như trong truyền thông lượng tử, việc sử dụng chế độ xoáy trong phương pháp ghép kênh đã được chứng minh là có lợi.
Bộ chế độ đặc biệt này có phân bố pha quang xoắn ốc và cho phép thêm một mức độ tự do để ghép kênh tín hiệu quang. Các thiết bị như máy tạo xoáy, laser và bộ khuếch đại tín hiệu đã được thử nghiệm và có nhu cầu lớn.
Một hạn chế ảnh hưởng đến khả năng ứng dụng là chưa có một thiết bị nào cho phép truyền một số chế độ xoáy nhất định theo một hướng chứ không phải theo hướng ngược lại.
Tuy nhiên, chính loại thiết bị này — cái gọi là bộ cách ly xoáy quang học — có tầm quan trọng quyết định đối với việc cải thiện chất lượng và độ tinh khiết của tín hiệu.
>> Tham khảo: Khói nấu ăn độc hại gây ra các biến chứng đe dọa tính mạng ở phụ nữ mang thai bị huyết áp cao.
Khó khăn đặc biệt trong việc phát triển một thiết bị như vậy là một 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.
Giờ đây, một nhóm tại Viện Khoa học Ánh sáng Max Planck do Xinglin Zeng, Philip Russell và Birgit Stiller dẫn đầu, đã đạt được một bước đột phá khiến điều này trở nên khả thi: Họ sử dụng sóng âm thanh chỉ truyền theo một hướng để phá vỡ tính tương hỗ truyền ánh sáng cho 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 cho phép tương tác một chiều của sóng ánh sáng mang dòng xoáy với sóng âm truyền đi. Một xoáy quang cụ thể có thể bị triệt tiêu hoặc khuếch đại mạnh bằng đèn điều khiển được thiết kế tốt.
Các kết quả thử nghiệm được công bố trên tạp chí Science Advances cho thấy tỷ lệ cách ly xoáy đáng kể, ngăn chặn hiện tượng tán xạ ngược ngẫu nhiên và suy giảm tín hiệu trong hệ thống.
>> Tham khảo: Sinh học tổng hợp tạo ra chất kết dính dưới nước dễ sử dụng.
Xinglin Zeng, tác giả đầu tiên của tờ giấy này. “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.
Tôi thấy khả năng thao tác có chọn lọc các chế độ xoáy chỉ bằng ánh sáng và sóng âm thanh rất hấp dẫn khái niệm” Birgit Stiller, lãnh đạo của Nhóm nghiên cứu quang âm lượng tử cho biết.
