يمكن للدوائر الصغيرة أن تقطع المسافات. وضع الباحثون خريطة للاستجابة المغناطيسية الضوئية للحد من الضوضاء التي تحدث في اتصالات الألياف الضوئية ، مما فتح الباب أمام تقنيات المواد الجديدة.
تُستخدم الإشارات الضوئية التي تنتجها مصادر الليزر على نطاق واسع في اتصالات الألياف الضوئية ، والتي تعمل على شكل نبضات من المعلومات في حزم ضوء عبر الكابلات ، حتى على مسافات بعيدة ، من جهاز إرسال إلى جهاز استقبال. من خلال هذه التكنولوجيا يمكن نقل المحادثات الهاتفية ورسائل الإنترنت وصور تلفزيون الكابل. الميزة الكبرى لهذه التقنية على نقل الإشارات الكهربائية هي عرض النطاق الترددي - أي كمية المعلومات التي يمكن بثها.
بحث جديد نتاج التعاون بين جامعة ميشيغان التكنولوجية ومختبر أرجون الوطني يحسن معالجة الإشارات الضوئية ، مما قد يؤدي إلى تصنيع أجهزة ألياف ضوئية أصغر.
نُشر المقال ، الذي يكشف النقاب عن آلية غير متوقعة في عدم المعاملة البصرية - التي طورتها مجموعة أبحاث ميغيل ليفي ، أستاذ الفيزياء في ميتشيغان تيك - في مجلة Optica يشرح "تعزيز عدم التبادلية البصرية: إعادة بناء السطح في العقيق الحديدي" الأصول الكمومية والبلورية لتأثير سطح جديد في البصريات غير التبادلية التي تعمل على تحسين معالجة الإشارات الضوئية.
يظهر مكون بصري يسمى المعزل المغناطيسي البصري في كل مكان في هذه الدوائر الضوئية. وتتمثل وظيفتها في حماية مصدر الليزر - المكان الذي يتولد فيه الضوء قبل الإرسال - من الضوء غير المرغوب فيه الذي قد ينعكس عائدًا من المصب. أي ضوء يدخل إلى تجويف الليزر يهدد الإشارة المرسلة لأنه يخلق المكافئ البصري للضوضاء.
قال ليفي: "تعمل العوازل الضوئية على مبدأ بسيط للغاية: يُسمح بمرور الضوء الذي يسير في الاتجاه الأمامي ؛ ويتم إيقاف الضوء الذي يسير في الاتجاه المعاكس". "يبدو أن هذا ينتهك مبدأ فيزيائيًا يسمى التناظر الانعكاسي للوقت. تنص قوانين الفيزياء على أنه إذا قمت بعكس اتجاه الوقت - إذا سافرت إلى الوراء في الوقت المناسب - ينتهي بك الأمر بالضبط حيث بدأت. لذلك ، يجب على الضوء العائد أن ينتهي به الأمر داخل الليزر ".
لكن الضوء لا يفعل ذلك . تحقق العوازل هذا العمل الفذ عن طريق المغناطيس. الأقطاب المغناطيسية الشمالية والجنوبية في الجهاز لا تغير أماكن عودة الضوء.
قال ليفي: "لذا فإن الاتجاهات إلى الأمام والخلف تبدو في الواقع مختلفة عن الضوء المتحرك. وتسمى هذه الظاهرة عدم التبادلية البصرية".
يجب تصغير العوازل الضوئية من أجل تكاملها على الرقاقة في الدوائر الضوئية ، وهي عملية تشبه دمج الترانزستورات في رقائق الكمبيوتر. لكن هذا التكامل يتطلب تطوير تقنيات المواد التي يمكن أن تنتج عوازل بصرية أكثر كفاءة مما هو متاح حاليًا.
أظهر العمل الأخير الذي قامت به مجموعة أبحاث ليفي تحسنًا كبيرًا في التأثير المادي المسؤول عن تشغيل العازل. هذا الاكتشاف ، الذي يمكن ملاحظته في أفلام العقيق الحديدي النانوي ، يفتح إمكانية وجود أجهزة أصغر بكثير. يتوقف تطوير تقنية المواد الجديدة لهذا التأثير على فهم أساسها الكمي.
توفر نتائج مجموعة البحث بالضبط هذا النوع من الفهم. تم إنجاز هذا العمل بالتعاون مع طالبة الدراسات العليا في الفيزياء Sushree Dash ، ومهندس موظفي مختبر التحليل الكيميائي والصرفي التطبيقي Pinaki Mukherjee وعلماء فريق Argonne National Laboratory دانييل هاسكل وريتشارد روزنبرغ.
تشرح مقالة Optica دور السطح في التحولات الإلكترونية المسؤولة عن الاستجابة المغناطيسية البصرية المعززة المرصودة. وقد لوحظت هذه بمساعدة مصدر الفوتون المتقدم في Argonne . أصبح رسم خرائط إعادة بناء السطح الكامن وراء هذه التأثيرات ممكنًا من خلال أحدث مجهر إلكتروني للإرسال بالمسح الضوئي حصلت عليه Michigan Tech منذ عامين.
يوفر الفهم الجديد للاستجابة المغناطيسية البصرية أداة قوية لمزيد من التطوير لتقنيات المواد المحسنة لتعزيز تكامل الأجهزة غير التبادلية في الدوائر الضوئية
المصدر