Trillende glazen ring als circulator op chip

Met een circulator kun je zonder verlies informatie transporteren tussen meer dan twee knooppunten in een netwerk. Ze hebben meerdere poorten waartussen ze licht rondsturen op een bijzondere manier: licht dat binnenkomt bij de eerste poort verlaat de circulator bij de tweede poort; licht dat bij die tweede poort binnenkomt, wordt naar de derde gestuurd; en zo verder.

"De voortplanting van licht is normaliter symmetrisch, wat betekent dat als licht van A naar B kan gaan, het ook de omgekeerde route kan volgen", zegt Amolf-groepsleider Ewold Verhagen. "Vaak worden magneten gebruikt om de symmetrie te breken en het licht één richting te geven. Maar die zijn te groot voor gebruik op een fotonische chip."

Trillende ring van glas

Het team gebruike daarom nu een microscopisch kleine, trillende ring van glas. In die ring gaat het licht interacties aan met mechanische trillingen van de structuur. Dit principe gebruikten ze eerder voor een één-richtingsweg voor licht. "We laten licht van een controlelaser rondgaan in de ring. Als er licht van een andere kleur de ring binnenkomt, brengt de stralingsdruk de ring aan het trillen. Dit gebeurt alleen als het licht in dezelfde richting loopt als het controlelicht. Omdat licht anders beweegt door een trillende structuur dan door een structuur die niet trilt, breekt de stralingsdruk de symmetrie op dezelfde manier als een magnetisch veld dat zou doen."

Rotonde voor licht

De stap van een ‘één-richtingsweg’ voor licht naar een optische ‘rotonde’ is niet zo makkelijk als het lijkt, vertelt postdoc John Mathew: "We wilden de poort waarin het licht de ring verlaat, steeds precies één poort verder laten zijn dan waarin het binnenkwam. Dat is gelukt door gebruik te maken van interferentie. Met het afstemmen van de frequentie en het vermogen van de controlelaser kunnen we de circulatie aan- en uitzetten of de richting veranderen."

Informatienetwerken

De ‘licht-rotonde’ is de eerste magneet-vrije circulator op een chip. Hoewel het onderzoek fundamenteel van aard is, heeft het vele mogelijke toepassingen. Verhagen: "Devices zoals deze circulator kunnen de bouwstenen vormen voor chips met licht in plaats van elektronen als informatiedrager. Dat geeft vele mogelijkheden in communicatienetwerken en zelfs in toekomstige kwantumcomputers. Dat we de circulator naar wens kunnen afstemmen geeft extra functionaliteit."