可用于光纤通信中的新型光处理设备

密歇根理工大学的研究人员研究了光纤通信中的一种降噪磁光响应技术，为新材料技术打开了大门。

激光源产生的光信号被广泛地应用于光纤通信中，这种通信方式是通过电缆（即使是在很远的距离内）将封装为光的信息从发送器发送到接收器。通过这项技术，可以传输电话对话、互联网信息和有线电视图像。与电信号传输相比，这种技术的最大优势在于它的带宽，即可以广播的信息量。

密歇根理工大学和阿贡国家实验室合作的一项新研究进一步改进了光信号处理，这可能有助于制造更小的光纤器件。

密歇根理工大学物理学教授米格尔·利维（Miguel Levy）的研究小组开发了一种意想不到的光学非互易机制，这篇文章发表在《光学Optica》杂志上，题目为“增强光学非互易性：铁石榴石的表面重建（Boosting Optical Nonreciprocity: Surface Reconstruction in Iron Garnets）”，论文解释了非互易光学中一种新的表面效应的量子和晶体学起源，它改善了光信号的处理。

优质的光信号

一种称为磁光隔离器的光学元件普遍出现在这些光学电路中。它的作用是保护激光源，即在传输之前产生光的地方，不受可能从下游反射回来的不必要的光的影响。任何进入激光腔的光都会对传输的信号造成危害，因为它会产生等效于光的噪声。

Levy说：“光学隔离器的工作原理非常简单：向前的光可以通过，向后的光被阻止。这似乎违反了一个叫做时间反转对称的物理原理。物理定律说，如果你倒转时间的方向，在时间上倒流，你最终会回到你开始的地方。因此，返回的光应该最终进入激光器内部。但事实并非如此。隔离器通过被磁化来实现这一目的。装置中的南北磁极不会切换光线返回的位置。所以向前和向后的方向看起来和行进的光不同。这种现象被称为光学非互易性。”

对于密歇根理工大学的FEI 200kV泰坦泰米斯扫描透射电子显微镜（STEM）（密歇根州仅有的两个此种设备之一）来说，世界是一个舞台。

光学隔离器需要小型化，以便在芯片上集成到光学电路中，这一过程类似于将晶体管集成到计算机芯片中。但这种整合需要开发出比目前更有效的光学隔离器的材料技术。

Levy的研究小组最近的研究表明，隔离器运行的物理效应有了一个数量级的改善。这一发现，在纳米铁石榴石薄膜中可以观察到，这为更小的器件开辟了可能。新材料技术的发展依赖于对其量子基础的理解。

研究小组的发现恰恰提供了这种理解。这项工作是与物理学研究生Sushree Dash、应用化学和形态分析实验室的员工工程师Pinaki Mukherjee和Argonne国家实验室的科学家Daniel Haskel和Richard Rosenberg合作完成的。

杂志上的这篇文章解释了表面在电子跃迁中的作用，这些电子跃迁负责观察到的增强磁光响应。这些都是在阿贡先进光子源的帮助下观察到的。通过密歇根理工大学两年前获得的最先进的扫描透射电子显微镜，可以绘制出这些效应的表面重建图。对磁光响应的新认识为进一步发展改进材料技术，促进非互易器件在光电路中的集成提供了有力的工具。

原文链接：https://phys.org/news/2020-08-tiny-circuits-distances-smaller-devices.html