Le développement de la technologie de la fibre optique a été indispensable pour augmenter la vitesse à laquelle l'information est transmise sur de grandes distances en s'appuyant sur la lumière pour transporter l'information plutôt que sur l'électricité. Actuellement, les signaux lumineux entrants sont convertis en signaux électriques, après quoi les informations qu'ils transportent sont traitées. Les communications numériques et le partage d'informations seraient encore plus rapides et plus économes en énergie si la lumière pouvait être utilisée tout au long du processus, mais des avancées supplémentaires significatives dans les circuits optiques intégrés et l'informatique basée sur la lumière sont encore nécessaires.
Dans les années récentes, les scientifiques ont travaillé sur des moyens de développer et d'utiliser des circuits optiques non réciproques - qui manipulent les ondes lumineuses de sorte qu'elles ne soient autorisées à voyager que dans une seule direction - pour résoudre ces défis et améliorer la capacité de traiter de grandes quantités d'informations. Des circuits optiques non réciproques peuvent être utilisés, par exemple, pour éviter les reflets indésirables qui interfèrent avec la transmission des données et peuvent déstabiliser les sources lumineuses sur puce. Dans un nouvel article publié dans la revue Optique , la revue phare de l'Optical Society, des chercheurs de l'Advanced Science Research Center (ASRC) du Graduate Center de la City University of New York (CUNY) établissent un cadre théorique rigoureux qui clarifie les principes fondamentaux régissant les circuits résonnants non réciproques et résout certaines questions en suspens sur leurs potentiels et leurs limites.
La science de l'étude des circuits optiques non réciproques est à bien des égards encore à ses balbutiements, et une confusion importante est apparue dans la littérature scientifique concernant ce qui est possible ou non possible dans les systèmes qui rompent la réciprocité et permettent la propagation unidirectionnelle de la lumière. Des articles récents ont soutenu que les circuits optiques résonants non réciproques peuvent être capables de stocker indéfiniment des ondes lumineuses multifréquences sans perte d'intégrité, permettant aux appareils de traiter les données beaucoup plus efficacement. Mais la nouvelle recherche des scientifiques de l'ASRC montre que les circuits non réciproques n'offrent aucun avantage par rapport aux systèmes conventionnels pour surmonter le compromis commun entre le délai qui peut être imparti à un signal entrant et sa bande passante de fréquence, un défi central dans les systèmes informatiques optiques modernes. Leur théorie clarifie les principes sous-jacents qui régissent la façon dont la lumière interagit avec les dispositifs non réciproques, établir les limites ultimes de leurs performances, et les opportunités qu'ils peuvent offrir de manière réaliste pour améliorer leur interaction avec les signaux entrants.
« Nous avons été intrigués par les récentes affirmations sur les dispositifs non réciproques qui semblaient trop belles pour être vraies, " a déclaré Sander Mann, premier auteur du nouvel article et boursier postdoctoral du Graduate Center qui travaille dans le laboratoire d'Andrea Alù, directeur de l'Initiative photonique de l'ASRC et professeur de physique au Graduate Center. "Notre théorie clarifie les principes fondamentaux qui régissent la propagation de la lumière dans les dispositifs résonants non réciproques, et montre des opportunités réalistes de les utiliser de manière à améliorer la transmission du signal optique, espace de rangement, traitement et informatique."
En plus d'offrir de la rigueur, limites structurelles sur les possibilités de dispositifs non réciproques, la théorie développée par les chercheurs de l'ASRC met en évidence plusieurs propriétés intéressantes des circuits non réciproques qui peuvent s'avérer bénéfiques dans le transport des signaux lumineux, et finalement améliorer la vitesse et l'efficacité du traitement des données.
« Notre groupe travaille depuis quelques années sur la propagation non réciproque de la lumière, et nous avons découvert de nombreuses opportunités offertes par ces dispositifs à sens unique, " a déclaré Alù. " Alors que le phénomène de transport unidirectionnel de la lumière est établi, les principes qui le régissent sont assez contre-intuitifs et prêtent facilement à confusion. Notre théorie nouvellement développée clarifie les opportunités et les limites de l'utilisation de dispositifs non réciproques pour ralentir la lumière, et nous cherchons maintenant des moyens d'opérer près des limites nouvellement dérivées pour améliorer au maximum l'interaction de la lumière avec les dispositifs nanométriques et les non-linéarités. »
