密歇根理工大學(xué)的研究人員研究了光纖通信中的一種降噪磁光響應(yīng)技術(shù)，為新材料技術(shù)打開(kāi)了大門(mén)。

激光源產(chǎn)生的光信號(hào)被廣泛地應(yīng)用于光纖通信中，這種通信方式是通過(guò)電纜（即使是在很遠(yuǎn)的距離內(nèi)）將封裝為光的信息從發(fā)送器發(fā)送到接收器。通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)，可以傳輸電話(huà)對(duì)話(huà)、互聯(lián)網(wǎng)信息和有線(xiàn)電視圖像。與電信號(hào)傳輸相比，這種技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)在于它的帶寬，即可以廣播的信息量。

密歇根理工大學(xué)和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作的一項(xiàng)新研究進(jìn)一步改進(jìn)了光信號(hào)處理，這可能有助于制造更小的光纖器件。

密歇根理工大學(xué)物理學(xué)教授米格爾·利維（Miguel Levy）的研究小組開(kāi)發(fā)了一種意想不到的光學(xué)非互易機(jī)制，這篇文章發(fā)表在《光學(xué)Optica》雜志上，題目為“增強(qiáng)光學(xué)非互易性：鐵石榴石的表面重建（Boosting Optical Nonreciprocity: Surface Reconstruction in Iron Garnets）”，論文解釋了非互易光學(xué)中一種新的表面效應(yīng)的量子和晶體學(xué)起源，它改善了光信號(hào)的處理。

優(yōu)質(zhì)的光信號(hào)

一種稱(chēng)為磁光隔離器的光學(xué)元件普遍出現(xiàn)在這些光學(xué)電路中。它的作用是保護(hù)激光源，即在傳輸之前產(chǎn)生光的地方，不受可能從下游反射回來(lái)的不必要的光的影響。任何進(jìn)入激光腔的光都會(huì)對(duì)傳輸?shù)男盘?hào)造成危害，因?yàn)樗鼤?huì)產(chǎn)生等效于光的噪聲。

Levy說(shuō)：“光學(xué)隔離器的工作原理非常簡(jiǎn)單：向前的光可以通過(guò)，向后的光被阻止。這似乎違反了一個(gè)叫做時(shí)間反轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的物理原理。物理定律說(shuō)，如果你倒轉(zhuǎn)時(shí)間的方向，在時(shí)間上倒流，你最終會(huì)回到你開(kāi)始的地方。因此，返回的光應(yīng)該最終進(jìn)入激光器內(nèi)部。但事實(shí)并非如此。隔離器通過(guò)被磁化來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的。裝置中的南北磁極不會(huì)切換光線(xiàn)返回的位置。所以向前和向后的方向看起來(lái)和行進(jìn)的光不同。這種現(xiàn)象被稱(chēng)為光學(xué)非互易性�！�

對(duì)于密歇根理工大學(xué)的FEI 200kV泰坦泰米斯掃描透射電子顯微鏡（STEM）（密歇根州僅有的兩個(gè)此種設(shè)備之一）來(lái)說(shuō)，世界是一個(gè)舞臺(tái)。

光學(xué)隔離器需要小型化，以便在芯片上集成到光學(xué)電路中，這一過(guò)程類(lèi)似于將晶體管集成到計(jì)算機(jī)芯片中。但這種整合需要開(kāi)發(fā)出比目前更有效的光學(xué)隔離器的材料技術(shù)。

Levy的研究小組最近的研究表明，隔離器運(yùn)行的物理效應(yīng)有了一個(gè)數(shù)量級(jí)的改善。這一發(fā)現(xiàn)，在納米鐵石榴石薄膜中可以觀(guān)察到，這為更小的器件開(kāi)辟了可能。新材料技術(shù)的發(fā)展依賴(lài)于對(duì)其量子基礎(chǔ)的理解。

研究小組的發(fā)現(xiàn)恰恰提供了這種理解。這項(xiàng)工作是與物理學(xué)研究生Sushree Dash、應(yīng)用化學(xué)和形態(tài)分析實(shí)驗(yàn)室的員工工程師Pinaki Mukherjee和Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家Daniel Haskel和Richard Rosenberg合作完成的。

雜志上的這篇文章解釋了表面在電子躍遷中的作用，這些電子躍遷負(fù)責(zé)觀(guān)察到的增強(qiáng)磁光響應(yīng)。這些都是在阿貢先進(jìn)光子源的幫助下觀(guān)察到的。通過(guò)密歇根理工大學(xué)兩年前獲得的最先進(jìn)的掃描透射電子顯微鏡，可以繪制出這些效應(yīng)的表面重建圖。對(duì)磁光響應(yīng)的新認(rèn)識(shí)為進(jìn)一步發(fā)展改進(jìn)材料技術(shù)，促進(jìn)非互易器件在光電路中的集成提供了有力的工具。

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