旋轉諧振器為光創造了一條單行道

一種新型單向系統：研究人員找到新的方法來阻止光傳播到錯誤的方向。

一種利用機械旋轉來實現光沿著纖維在一個方向上傳播，但不在相反方向上傳播，這種新型的光學裝置已經由一個國際研究小組開發出來了。該裝置可以在光學電路中使用，在那裡很難防止光在不必要的方向傳播。然而，實際應用中這種特性可能難以實現。

德州大學奧斯汀分校的Andrea Al和他的同事在2014首次開發了利用機械旋轉來允許光波沿一個方向而不是相反的方向行進的想法。他們把液體放入一個圓形的空腔中攪拌，使流體旋轉。在一個方向上繞腔傳播的聲波被流體推動，而在相反方向傳播的波被阻止。其結果是，諧振腔在相反方向上移動的諧振頻率是不同的。通過明智地選擇流體的旋轉速度，研究人員可以確保所選頻率的聲波只能在一個方向上圍繞空腔傳播。

同樣的想法可以應用於光波，然而，光的速度比聲音的速度快得多，因此涉及的頻率要高得多——這使得該技術看起來不切實際。相反，研究人員已經研究了實現單向傳輸的其他方法——包括使用強磁場——但這些也被證明難以適應實際應用。

錐形光纖

在新的研究中，以色列技術學院的Shai Maayani、Raphael Dahan和Tal Carmon和他的同事們重新開始輪換。它們使用直徑為4.75毫米的圓柱形石英玻璃諧振器，並以6.6 kHz的速度在渦輪機上旋轉。直徑為1088納米的光纖位於紡絲諧振器上方320 nm處。

沿著光纖傳播的光通過光的短程倏逝場與附近的諧振器相互作用。與旋轉流體類似，與自旋諧振器在同一方向上傳播的光感知到它比在相反方向行進的光密度低。這種表觀密度的差異意味著諧振器的折射率對於在相反方向移動的光將是不同的。

出於這個原因，系統的諧振頻率對於沿相反方向行進的光是不同的。這使得研究者能夠從兩端從光纖中傳遞同一頻率的光，並且光從一側傳輸，但從另一端被阻擋：「與諧振腔失去共振的波長將被傳輸；與腔共振的波長被吸收。」Maayani解釋說，他現在麻省理工學院進行相關研究工作。

微妙的事情

該小組現在正在研究創造實用設備的可行性：「由於空氣中的濕度，錐形纖維在幾個小時後會失效，」Maayani解釋道。「但是如果你把它封裝在一個惰性環境中，它可以持續數年。另一個大問題是振動——目前，這是一個需要光學平台的精密實驗。」

Alú現在在紐約城市大學，他被研究者的技術成就所打動，他說：「從根本上說，他們證明了我們已經證實的聲音，但是他們在為光做這件事，這是令人印象深刻的，因為所需要的技術非常多。『更複雜』。這種裝置在節能方面比光學機械系統有優勢，但研究人員在縮小規模時需要證明它的實用性，當你縮小尺寸時，通常質量因素下降，速度要求提高。在某些時候，必須做出一些權衡。」

馬里蘭大學帕克分校的Mohammad Hafezi同意這點：「我發現，我們可以旋轉一些東西，看看向前和向後傳輸的巨大頻譜變化，這很酷，」他說，「但在非磁性非互易性方面，這整個領域一直是一個挑戰。我們還沒有看到真正的技術解決方案。」

發表在《自然Nature》雜誌上的一篇論文中描述了本發明。

來源：https://physicsworld.com/a/rotating-resonator-creates-a-one-way-street-for-light/

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