控制光傳輸的突破

現代技術的運行需要不斷增加的寬帶頻率信號的使用。反過來，這又增加了對可靠，有效的信號傳輸方法的需求，這種方法可以防止干擾并且在使用幾乎不可用的頻譜時更有效。然而，這些要求受到互易性的限制 - 物理定律迫使光的傳輸在相反方向上相同。

在過去的幾十年中，科學家和工程師通過創建隔離器來解決這些挑戰：使用外部磁場迫使光波沿單一方向傳播的設備。但是這種形式的波隔離是昂貴的，并且它需要使用需要大量設備空間的大而重的磁體。另一個缺點是它們不能集成到基于硅的電路和系統中。

在今天的自然電子雜志上發表的封面故事論文中，紐約城市大學(CUNY)研究生中心高級科學研究中心(ASRC)和德克薩斯大學奧斯汀分校的研究人員詳細介紹了新發展光波隔離方法可以克服這些挑戰。這種創新方法不需要磁鐵或任何其他形式的“外部偏壓”來實現可靠的波傳輸，但它確保了高效的寬帶寬隔離。

“我們幾年來一直在努力克服沒有磁鐵的互惠，”ASRC光子學倡議主任和研究生中心愛因斯坦物理學教授AndreaAlù說。“過去我們已經探索過使用具有移動或時變元件的設備，但這些方法帶來了其他技術挑戰。在本文中，我們展示了一種無需外部電源的非磁性設備 - 由于適當定制的非線性 - 可以極大地打破傳輸對稱性，實現高效的寬帶隔離。“

在他們的論文中，研究人員解釋了為什么先前使用非線性來誘導隔離的嘗試面臨著不良的表現。Alù和他的團隊表明，基于單個非線性諧振器隔離波的任何系統都固有地受到隔離級別，帶寬和插入損耗之間的質量權衡的限制，使得任何這樣的設備表現不佳并且不切實際。在最近的實驗中，該團隊已經能夠使用通過延遲線連接的兩個明智設計的非線性諧振器來克服和解決這個問題，這表明這是在寬帶寬上實現低損耗單向傳輸的最小配置。印刷在電路板上的組合元件形成了一個高效，完全無源的隔離器，可提供出色的信號完整性。

“我們的突破在于意識到過去所有構建非線性隔離器的嘗試都表現不佳，這種限制源于時間反轉對稱性，我們需要找到解決這一挑戰的方法，”Dimitrios Sounas說道，他的主要作者德克薩斯大學的研究和研究科學家。“令人驚訝的是，當兩個非線性諧振器經過精心設計并耦合在一起時，人們可以實現兩全其美：全傳輸和無限隔離。”

該團隊預計這些發現可能會用于各種技術，包括消費電子產品，手術激光，汽車雷達和激光雷達系統以及納米光子電路和系統。下一階段的研究將研究各種微調隔離器功能的方法，包括可能添加其他類型的非線性諧振器以實現循環器和其他多端口器件。