密歇根科技大学 信用:CC0公共领域 密歇根理工学院的研究人员绘制了一幅发生在光纤通信中的降噪磁光响应图，为新材料技术打开了大门
激光源产生的光信号被广泛应用于光纤通信中，光纤通信是通过电缆将信息以光的形式进行脉冲传输的，即使在很远的距离上，从发射机到接收机也是如此
通过这项技术，可以传输电话交谈、互联网信息和有线电视图像
与电信号传输相比，这项技术的最大优势在于它的带宽——即可以广播的信息量
密歇根技术大学和阿尔贡国家实验室合作的新研究进一步改进了光信号处理，这可能导致更小的光纤设备的制造
这篇文章揭示了光学不可逆的一个意想不到的机制——由密歇根理工大学物理学教授米格尔·利维的研究小组开发——已经发表在《光学》杂志上
“增强光学不可逆:铁石榴石中的表面重建”解释了不可逆光学中一种新的表面效应的量子和晶体学起源，这种效应改善了光信号的处理
安静的光信号 一种叫做磁光隔离器的光学元件在这些光路中无处不在
它的功能是保护激光源——光在传输前产生的地方——免受可能从下游反射回来的不需要的光的影响
任何进入激光腔的这种光都会危及传输的信号，因为它会产生相当于噪声的光学效应
“光隔离器基于一个非常简单的原理工作:允许光线向前传播；向反方向前进的光被阻挡住了，”利维说
“这似乎违反了一个被称为时间反转对称的物理原理
物理定律说，如果你颠倒时间的方向——如果你在时间上倒退——你最终会回到你开始的地方
因此，返回的光应该在激光器内部结束
但事实并非如此
隔离器通过磁化来实现这一壮举
装置中的北磁极和南磁极不会为了光线返回而交换位置
所以向前和向后的方向实际上看起来与行进的光线不同
这种现象被称为光学不可逆，”他说
对于密歇根理工大学的FEI 200kV泰坦Themis扫描透射电子显微镜(STEM)(密歇根州仅有的两个泰坦之一)来说，整个世界就是一个舞台
光隔离器需要小型化，以便在芯片上集成到光电路中，这一过程类似于将晶体管集成到计算机芯片中
但是这种集成需要开发能够生产比目前更高效的光隔离器的材料技术
利维研究小组最近的工作表明，隔离器工作的物理效应有了数量级的改善
这一在纳米铁石榴石薄膜中可以观察到的发现，开启了更小器件的可能性
这种效应的新材料技术发展取决于对其量子基础的理解
研究小组的发现恰恰提供了这种类型的理解
这项工作是与物理学研究生Sushree Dash、应用化学和形态分析实验室工作人员工程师Pinaki Mukherjee和阿尔贡国家实验室工作人员科学家Daniel Haskel和Richard Rosenberg合作完成的
Optica文章解释了表面在导致观察到的增强磁光响应的电子跃迁中的作用
这些是在阿尔贡的高级光子源的帮助下观察到的
通过密歇根理工大学两年前获得的最先进的扫描透射电子显微镜，绘制这些影响下的表面重建成为可能
对磁光响应的新理解为进一步发展改进的材料技术提供了一个强有力的工具，以促进不可逆器件在光学电路中的集成
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