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Cientistas do Instituto Max Planck para a Ciência da Luz conseguiram pela primeira vez criar um dispositivo unidirecional que aumenta significativamente a qualidade de uma classe especial de sinais transmitidos em comunicações ópticas: vórtices ópticos. Ao transmitir modos de vórtices ópticos seletivos exclusivamente unidirecionalmente, o dispositivo desenvolvido reduz amplamente a retrodifusão prejudicial ao mínimo. Os cientistas enfatizam a grande utilidade prática de sua descoberta em muitos sistemas ópticos, com aplicações que vão desde comunicações multiplexadas por divisão de modo, pinças ópticas, lasers de vórtice a sistemas de manipulação quântica.
A comunicação óptica pode ser melhorada aumentando a quantidade de informação óptica transmitida. Isso pode ser alcançado usando canais multiplexados, como o uso de muitos comprimentos de onda ópticos, diferentes estados de polarização ou vários intervalos de tempo. Na última década, os modos espaciais ópticos, que são os autocampos nos guias de onda, são amplamente explorados para melhorar ainda mais a capacidade de comunicação devido ao pouco crosstalk entre os modos espaciais ortogonais.
Na comunicação clássica, bem como na comunicação quântica, o uso de modos de vórtice em métodos de multiplexação provou ser vantajoso. Este conjunto de modo especial possui uma distribuição de fase óptica helicoidal e permite um grau adicional de liberdade para multiplexação de sinais ópticos. Dispositivos como geradores de vórtices, lasers e amplificadores de sinal foram demonstrados e estão em grande demanda.
Um efeito limitante na aplicabilidade é que ainda não existe um dispositivo que permita a transmissão de certos modos de vórtice em uma direção, mas não na direção oposta. No entanto, apenas esse tipo de dispositivo – o chamado isolador de vórtice óptico – é de importância crucial para a melhoria da qualidade e pureza do sinal. A dificuldade particular em desenvolver tal dispositivo é um princípio fundamental da ótica: a reciprocidade. Requer uma resposta simétrica de um canal de transmissão quando a fonte e os pontos de observação são trocados.
Pesquisadores conseguem construir um isolador óptico de vórtice
Agora, uma equipe do Instituto Max Planck para a Ciência da Luz liderada por Xinglin Zeng, Philip Russell e Birgit Stiller, conseguiu um avanço que torna isso possível: eles usaram ondas sonoras que se propagam apenas em uma direção para quebrar a reciprocidade de transmissão de luz para modos de vórtice escolhidos. O efeito do chamado espalhamento Brillouin-Mandelstam seletivo de topologia na fibra de cristal fotônico quiral permite uma interação unidirecional de ondas de luz portadoras de vórtice com ondas sonoras em movimento. Um vórtice óptico específico pode ser fortemente suprimido ou amplificado com uma luz de controle bem projetada. Os resultados experimentais publicados em Avanços da ciência mostram uma taxa de isolamento de vórtice significativa, evitando retroespalhamento aleatório e degradação do sinal no sistema.
“Este é o primeiro sistema não recíproco para modos de vórtice, o que abre uma nova perspectiva na óptica não recíproca – o mesmo efeito físico pode acontecer não apenas nos modos fundamentais, mas também nos modos de ordem superior”, diz Xinglin Zeng, o primeiro autor de este papel. “O isolador de vórtice óptico acionado por luz terá grande impacto em aplicações como comunicações ópticas, processamento de informações quânticas, pinças ópticas e lasers de fibra. Acho muito fascinante a possibilidade de manipulação seletiva de modos de vórtice apenas por ondas de luz e som. conceito”, diz Birgit Stiller, líder do Quantum Optoacoustics Research Group.
Fonte da história:
Materiais fornecidos por Max Planck Gesellschaft. Nota: O conteúdo pode ser editado para estilo e duração.
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