控制光传输的突破

现代技术的运行需要不断增加的宽带频率信号的使用。反过来，这又增加了对可靠，有效的信号传输方法的需求，这种方法可以防止干扰并且在使用几乎不可用的频谱时更有效。然而，这些要求受到互易性的限制 - 物理定律迫使光的传输在相反方向上相同。

在过去的几十年中，科学家和工程师通过创建隔离器来解决这些挑战：使用外部磁场迫使光波沿单一方向传播的设备。但是这种形式的波隔离是昂贵的，并且它需要使用需要大量设备空间的大而重的磁体。另一个缺点是它们不能集成到基于硅的电路和系统中。

在今天的自然电子杂志上发表的封面故事论文中，纽约城市大学(CUNY)研究生中心高级科学研究中心(ASRC)和德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员详细介绍了新发展光波隔离方法可以克服这些挑战。这种创新方法不需要磁铁或任何其他形式的“外部偏压”来实现可靠的波传输，但它确保了高效的宽带宽隔离。

“我们几年来一直在努力克服没有磁铁的互惠，”ASRC光子学倡议主任和研究生中心爱因斯坦物理学教授AndreaAlù说。“过去我们已经探索过使用具有移动或时变元件的设备，但这些方法带来了其他技术挑战。在本文中，我们展示了一种无需外部电源的非磁性设备 - 由于适当定制的非线性 - 可以极大地打破传输对称性，实现高效的宽带隔离。“

在他们的论文中，研究人员解释了为什么先前使用非线性来诱导隔离的尝试面临着不良的表现。Alù和他的团队表明，基于单个非线性谐振器隔离波的任何系统都固有地受到隔离级别，带宽和插入损耗之间的质量权衡的限制，使得任何这样的设备表现不佳并且不切实际。在最近的实验中，该团队已经能够使用通过延迟线连接的两个明智设计的非线性谐振器来克服和解决这个问题，这表明这是在宽带宽上实现低损耗单向传输的最小配置。印刷在电路板上的组合元件形成了一个高效，完全无源的隔离器，可提供出色的信号完整性。

“我们的突破在于意识到过去所有构建非线性隔离器的尝试都表现不佳，这种限制源于时间反转对称性，我们需要找到解决这一挑战的方法，”Dimitrios Sounas说道，他的主要作者德克萨斯大学的研究和研究科学家。“令人惊讶的是，当两个非线性谐振器经过精心设计并耦合在一起时，人们可以实现两全其美：全传输和无限隔离。”

该团队预计这些发现可能会用于各种技术，包括消费电子产品，手术激光，汽车雷达和激光雷达系统以及纳米光子电路和系统。下一阶段的研究将研究各种微调隔离器功能的方法，包括可能添加其他类型的非线性谐振器以实现循环器和其他多端口器件。