馬克斯·普朗克光科學研究所的科學家們首次成功制造出一種單向裝置，該裝置顯著提高了光通信中一類特殊傳輸信號的質(zhì)量：光渦旋。

通過單向傳輸選擇性光渦旋模式，該裝置將有害的后向散射降至最低?？茖W家們強調(diào)了他們的發(fā)現(xiàn)在許多光學系統(tǒng)中的巨大實用價值，應(yīng)用范圍從模分復用通信和光鑷到渦旋激光器和量子操作系統(tǒng)。

手性光子晶體纖維中拓撲選擇性布里淵散射效應(yīng)的可視化。線性箭頭是傳播方向，圓形箭頭是圓形極化狀態(tài)或渦流相位。

通過增加光信息的傳輸量，可以改進光通信。這可以通過使用多路復用通道來實現(xiàn)，例如使用許多光波長、不同的偏振狀態(tài)或多個時隙。近十年來，由于正交空間模間的串擾很小，光空間模作為波導的特征場，被廣泛應(yīng)用于進一步提高通信能力。

在經(jīng)典通信和量子通信中，在復用方法中使用渦旋模式已被證明是有利的。這種特殊的模式集具有螺旋光相位分布，并允許多路復用光信號的額外自由度。像渦旋發(fā)生器、激光器和信號放大器這樣的設(shè)備被演示了，需求量很大。

目前還沒有一種裝置能夠允許某些渦旋模式在一個方向上而不是相反方向上傳播，這對其適用性造成了限制。然而，正是這種設(shè)備——所謂的光學渦旋隔離器——對于提高信號的質(zhì)量和純度至關(guān)重要。研制這種裝置的特別困難在于光學的一個基本原理：互易。當源和觀測點互換時，需要傳輸通道的對稱響應(yīng)。

研究人員成功構(gòu)建了光學渦流絕緣體

現(xiàn)在，馬克斯·普朗克光科學研究所的一個由曾興林、菲利普·拉塞爾和比吉特·斯蒂勒領(lǐng)導的團隊取得了一項突破，使這成為可能：他們使用只沿一個方向傳播的聲波，打破了選定的渦旋模式的光傳輸互易性。

手性光子晶體光纖中所謂的拓撲選擇性布里洛因-曼爾斯塔姆散射效應(yīng)允許渦旋光波與傳播聲波的單向相互作用。一個特定的光學渦旋可以被一個精心設(shè)計的控制光強烈地抑制或放大。發(fā)表在《科學進展》雜志上的實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)具有顯著的渦隔離率，防止了系統(tǒng)中的隨機后向散射和信號退化。

這篇論文的第一作者曾興林說：“這是渦旋模的第一個非互易系統(tǒng)，它為非互易光學開辟了一個新的視角——同樣的物理效應(yīng)不僅可以發(fā)生在基本模上，也可以發(fā)生在高階模上?！?/p>

量子光聲學研究小組的負責人Birgit Stiller說：“光驅(qū)動光渦旋隔離器將對光通信、量子信息處理、光鑷、光纖激光器等應(yīng)用產(chǎn)生重大影響。我發(fā)現(xiàn)光和聲波選擇性操縱旋渦模式的可能性是一個非常迷人的概念?！?/p>