Les ondes sonores qui se propagent dans une seule direction brisent la réciprocité de transmission de la lumière


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  • Les scientifiques de l’Institut Max Planck pour la science de la lumière ont réussi pour la première fois à créer un dispositif unidirectionnel qui augmente considérablement la qualité d’une classe spéciale de signaux transmis dans les communications optiques : les vortex optiques. En transmettant des modes de vortex optiques sélectifs exclusivement de manière unidirectionnelle, le dispositif développé réduit largement la rétrodiffusion nuisible au minimum. Les scientifiques soulignent la grande utilité pratique de leur découverte dans de nombreux systèmes optiques, avec des applications allant des communications multiplexées par répartition de mode, des pincettes optiques, des lasers vortex aux systèmes de manipulation quantique.

    La communication optique peut être améliorée en augmentant la quantité d’informations optiques transmises. Ceci peut être réalisé en utilisant des canaux multiplexés tels que l’utilisation de nombreuses longueurs d’onde optiques, différents états de polarisation ou plusieurs tranches de temps. Au cours de la dernière décennie, les modes spatiaux optiques, qui sont les champs propres dans les guides d’ondes, ont été largement exploités pour améliorer encore la capacité de communication en raison de la faible diaphonie entre les modes spatiaux orthogonaux.

    En communication classique comme en communication quantique, l’utilisation des modes vortex dans les méthodes de multiplexage s’est avérée avantageuse. Cet ensemble de mode spécial possède une distribution de phase optique hélicoïdale et permet un degré de liberté supplémentaire pour le multiplexage des signaux optiques. Des appareils tels que des générateurs de vortex, des lasers et des amplificateurs de signal ont été démontrés et sont très demandés.

    Un effet limitant sur l’applicabilité est qu’il n’existe pas encore de dispositif permettant la transmission de certains modes tourbillonnaires dans un sens mais pas dans le sens opposé. Cependant, ce type de dispositif – un soi-disant isolateur de vortex optique – est d’une importance cruciale pour l’amélioration de la qualité et de la pureté du signal. La difficulté particulière à développer un tel dispositif est un principe fondamental de l’optique : la réciprocité. Elle nécessite une réponse symétrique d’un canal de transmission lorsque la source et les points d’observation sont intervertis.

    Des chercheurs réussissent à construire un isolateur de vortex optique

    Maintenant, une équipe de l’Institut Max Planck pour la science de la lumière dirigée par Xinglin Zeng, Philip Russell et Birgit Stiller, a réalisé une percée qui rend cela possible : ils ont utilisé des ondes sonores qui se propagent dans une seule direction pour briser la réciprocité de transmission de la lumière pour modes de vortex choisis. L’effet de la diffusion Brillouin-Mandelstam dite topologique sélective dans la fibre de cristal photonique chirale permet une interaction unidirectionnelle des ondes lumineuses porteuses de vortex avec les ondes sonores progressives. Un vortex optique spécifique peut être fortement supprimé ou amplifié avec une lumière de contrôle bien conçue. Les résultats expérimentaux publiés dans Avancées scientifiques montrent un taux d’isolation de vortex significatif, empêchant la rétrodiffusion aléatoire et la dégradation du signal dans le système.

    « Il s’agit du premier système non réciproque pour les modes vortex, ce qui ouvre une nouvelle perspective dans l’optique non réciproque — le même effet physique peut se produire non seulement sur les modes fondamentaux mais aussi sur les modes d’ordre supérieur », déclare Xinglin Zeng, le premier auteur de ce papier. « L’isolateur de vortex optique piloté par la lumière aura un grand impact sur les applications telles que les communications optiques, le traitement de l’information quantique, les pincettes optiques et les lasers à fibre. Je trouve la possibilité de manipulation sélective des modes vortex uniquement par la lumière et les ondes sonores très fascinante. concept », déclare Birgit Stiller, responsable du groupe de recherche en optoacoustique quantique.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Max-Planck-Gesellschaft. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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