Оптические изоляторы – это компоненты, которые пропускают свет только в одном направлении и блокируют его в другом, что имеет решающее значение для защиты лазерных источников от обратных отражений и/или маршрутизации или блокирования световых сигналов в оптических коммуникационных сетях.

В поисках малой и высокоэффективной конструкции оптического  «амортизатора» исследователи технологического института Technion-Israel (Хайфа, Израиль), в сотрудничестве с университетом Центральной Флориды (Орландо, FL), Мичиганским университетом (Ann Arbor, MI) и китайским университетом Хунани (Changsha, Китай), разработали оптический изолятор на основе быстро вращающейся стеклянной сферы, которая регулирует пропускание света, в зависимости от его направления. Оптически амортизатор состоит из сплющенного стекловолокна, которое преграждает или передаёт свет в направлении вращения стеклянной сферы (см.фото). 

Как описано в 1849 году французским ученым Ипполитом Физо (см. https://en.wikipedia.org/wiki/fizeau_experiment), скорость света в движущейся среде быстрее в направлении движения и медленнее в противоположном направлении. Открытие Физо повлияло на теорию относительности Эйнштейна, и исследователи считают, что эффект “сопротивления Физо” может привести к значительным приложениям в интегрированной оптике и квантовой коммуникации.

Признавая этот принцип поведения света в движущейся среде, команда стеклодувов в Technion сформировала небольшую стеклянную сферу (радиус около 1 мм) из кончика диоксида кремния. Свет проникал в сферу через обе стороны стандартного стекловолокна диаметром 125 мкм, которое сужалось до диаметра около 1 мкм и располагалось в нескольких десятках нанометров от поверхности сферы. Выступающий в качестве резонатора, обод сферы вращался со скоростью 300 км/ч (см.фото).

Для поддержания расстояния нанометра между сплющенным волокном и быстровращающейся сферой, команда сконструировала амортизатор так, что волокно фактически плавает на воздушном потоке / ветре произведенном вращением сферы, обеспечивающим нужное расстояние.

На поверхности сферы свет, приближающийся с правой стороны конуса, движется по окружности сферы в направлении вращения, в то время как свет, приближающийся с левой стороны, движется против движения сферы и, следовательно, с более медленной скоростью. Т.е., подобно музыкальному инструменту, который резонирует на определенной частоте, свет, циркулирующий по окружности в сфере, резонансно перекликается и циркулирует тысячи раз в пределах сферы и в конечном итоге – поглощается. Не резонирующий свет проходит через изолятор, по существу, ненарушенным. Расстояние в 10 нанометров позволяет действовать силам Казимира и Ван-дер-Ваальса, что редко используется в механических приложениях.

“По сути, мы разработали очень эффективный фотонный изолятор, который может изолировать 99,6% света”, – говорит руководитель исследовательской группы Technion и профессор Тал Кармон. “Когда мы надуваем велосипедную шину, мы пропускаем воздух в трубу, блокируя при этом воздух. Такая простая степень контроля довольно трудна когда это касается света, но наша конструкция в виде вращающейся сферы, расположенной около сплющенного волокна – точно контролирует передачу и абсорбцию света. Мы полагаем, что все больше и больше оптических устройств будут использовать динамические элементы и саморегулирующийся нано-дистанционный контроль, где, по прогнозам, преобладают огромные силы”.

Фото: Технион-Израильский Технологический институт.

Источник: https://www.laserfocusworld.com/articles/print/volume-54/issue-08/world-news/optical-isolators-the-light-valve-a-rapidly-spinning-glass-sphere-isolates-light.html?cmpid=enl_lfw_lfw_enewsletter_2018-09-11&pwhid