Avance en la transmisión de información óptica

Los científicos del Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz hangestionado por primera vez para crear un dispositivo unidireccional que aumente significativamente la calidad de una clase especial de señales transmitidas en comunicaciones ópticas: vórtices ópticos. Al transmitir modos de vórtice ópticos selectivos exclusivamente de forma unidireccional, el dispositivo desarrollado reduce en gran medida la retrodispersión perjudicial al mínimo. Los científicos enfatizan la gran utilidad práctica de su descubrimiento en muchos sistemas ópticos, con aplicaciones que van desde comunicaciones multiplexadas por división de modo, pinzas ópticas, láseres de vórtice hasta sistemas de manipulación cuántica.

La comunicación óptica se puede mejorar aumentando la cantidad de información óptica transmitida. Esto se puede lograr mediante el uso de canales multiplexados, como el uso de muchas longitudes de onda ópticas, diferentes estados de polarización o múltiples intervalos de tiempo. En la última década, los modos espaciales ópticos, que son los campos propios en las guías de ondas, se explotan ampliamente para mejorar aún más la capacidad de comunicación debido a la poca diafonía entre los modos espaciales ortogonales.

Tanto en la comunicación clásica como en la comunicación cuántica, el uso de modos de vórtice en los métodos de multiplexación ha demostrado ser ventajoso. Este conjunto de modo especial posee una distribución de fase óptica helicoidal y permite un grado adicional de libertad para multiplexar señales ópticas. Se demostraron dispositivos como generadores de vórtice, láseres y amplificadores de señal y tienen una gran demanda.

Un efecto limitante sobre la aplicabilidad es que todavía no ha habido un dispositivo que permita la transmisión de ciertos modos de vórtice en una dirección pero no en la opuesta. Sin embargo, solo este tipo de dispositivo, el llamado aislador de vórtice óptico, es de crucial importancia para mejorar la calidad y la pureza de la señal. La dificultad particular de desarrollar un dispositivo de este tipo es un principio fundamental de la óptica: la reciprocidad. Requiere una respuesta simétrica de un canal de transmisión cuando se intercambian la fuente y los puntos de observación.

Ahora, un equipo del Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz dirigido por Xinglin Zeng, Philip Russell y Birgit Stiller logró un gran avance que lo hace posible: usaron ondas de sonido que se propagan solo en una dirección para romper la reciprocidad de transmisión de luz para modos de vórtice elegidos. El efecto de la denominada dispersión Brillouin-Mandelstam selectiva de topología en la fibra de cristal fotónico quiral permite una interacción unidireccional de ondas de luz portadoras de vórtices con ondas sonoras viajeras. Un vórtice óptico específico puede ser fuertemente suprimido o amplificado con una luz de control bien diseñada. Los resultados experimentales publicados en Science Advances muestran una tasa de aislamiento de vórtice significativa, lo que evita la retrodispersión aleatoria y la degradación de la señal en el sistema.

"Este es el primer sistema no recíproco para los modos de vórtice, que abre una nueva perspectiva en la óptica no recíproca: el mismo efecto físico puede ocurrir no solo en los modos fundamentales sino también en los modos de orden superior", dice Xinglin Zeng, el primer autor de este papel. "El aislador de vórtice óptico impulsado por la luz tendrá un gran impacto en aplicaciones tales como comunicaciones ópticas, procesamiento de información cuántica, pinzas ópticas y láseres de fibra. Considero que la posibilidad de manipulación selectiva de los modos de vórtice únicamente mediante ondas de luz y sonido es muy fascinante. concepto", dice Birgit Stiller, líder del Grupo de investigación de optoacústica cuántica.

- Este comunicado de prensa se publicó originalmente en el sitio web de Max-Planck-Gesellschaft