«Этот прорыв является фундаментальным достижением в исследованиях в области фотонных чипов и оптической связи», — сказал Мориц Меркляйн, ведущий автор из Физической школы Университета.
"В системах оптической связи оптические нелинейности часто рассматриваются как помехи, которые искажают поток информации. Но в то же время есть много полезных приложений, которые используют эти нелинейные эффекты. Мы показали, что мы можем значительно улучшить оптическую нелинейность, чтобы сделать ее еще более полезной.
С другой стороны, мы показали, что мы можем полностью подавить те же нелинейно-оптические эффекты, используя тот же принцип. Важно отметить, что наши эксперименты проводились в фотонном чипе."
Чтобы достичь своего результата, ученые исследовали особую оптическую нелинейность, которая имеет дело с взаимодействием между светом и звуком на устройствах масштаба микросхемы.
"Эффект, который мы рассмотрели (известный как вынужденное рассеяние Бриллюэна), возникает, когда две оптические волны и акустическая волна взаимодействуют.
Если оптическая волна, распространяющаяся по волокну, нарушается — рассеивается — акустической волной, она создает бегущую назад волну, называемую стоксовой волной. Этот процесс нелинейного рассеяния может вызывать искажения сигнала в оптоволоконных системах связи и обработки сигналов и, как хорошо известно, ограничивает пропускную способность волоконно-оптических сетей связи.
«Несмотря на то, что мы хотим избежать этого нарушения, этот эффект также обладает некоторыми уникальными свойствами, которые можно использовать в важных приложениях для управления микроволновыми сигналами и разработки определенных типов лазеров. Итак, мы показали, что можем выборочно усиливать или запрещать это взаимодействие в зависимости от контекста или приложения.
Мы думаем, что этот подход можно обобщить на многие другие оптические нелинейности."
Чтобы решить эту проблему, исследователи ввели решетчатую структуру на чип. Решетка, которая имеет небольшую модуляцию свойств оптического материала, образует запрещенную зону для света, которая сильно влияет на распространение света, точно так же, как полупроводники управляют потоком электронов. Когда длина волны лазера настраивается близко к краю запрещенной зоны, скорость света снижается.
Это значительно повысит оптическую нелинейность. На немного другой частоте запрещенная зона полностью подавляет (или подавляет) оптическую нелинейность. Решётку можно настроить так, чтобы оптическую нелинейность можно было включать и выключать по запросу.
«Исследования в области оптики на кристалле — это процветающая и конкурентоспособная область из-за их важности для манипулирования классическими или квантовыми сигналами в небольших устройствах, необходимых для будущих приложений связи, вычислений и обработки информации», — сказал директор и соавтор CUDOS Бен Эгглтон.
«Я очень рад, что наша команда CUDOS в Сиднейском университете в сотрудничестве с нашими коллегами по CUDOS из Австралийского национального университета достигла этого фундаментально важного результата."