Обычный топологический фотонный чип можно представить как трассу, окруженную широкими защитными барьерами. Барьеры обеспечивают плавное движение, но занимают гораздо больше места, чем сама дорога. А что, если бы каждая часть дороги помогала направлять движение?

В основе решения, предложенного учеными из Юго-Восточного университета, сотовая решетка из магнитных стержней. Вместо того чтобы создавать две изолирующие области, разделенные границей, они точно подобрали геометрию устройства так, чтобы кристалл естественным образом расщеплял электромагнитные волны на две так называемые долины. В физике долины — это разные состояния импульса, которые свет может занимать внутри кристалла. Они ведут себя как отдельные полосы движения, хотя используют один и тот же материал, пишет IE.

Затем исследователи сконструировали четыре версии этой решетки. Каждая версия свободно пропускала волны, движущиеся в одной долине, и служила барьером для волн, пытающихся двигаться в противоположной долине. Такая двойная функция стала ключом к успеху. Вместо того чтобы окружать каждый волновод неактивным изолирующим материалом, исследователи расположили четыре области в повторяющемся циклическом порядке. Каждая область несла собственный сигнал и одновременно блокировала нежелательные волны от соседних областей.

Результатом стал топологический волновод без изоляторов, с четырьмя параллельными однонаправленными каналами, включая два канала, несущих сигналы в обоих направлении, плотно упакованные без потери надежности. В отличие от обычных конструкций, где свет ограничен узкой границей, новая архитектура использует всю доступную площадь для передачи, достигая 100% эффективности использования пространства.

Для испытаний ученые изготовили опытный образец для микроволновых частот. Сигналы успешно проходили через крутые повороты и узкие места, не отражаясь назад и не просачиваясь в соседние каналы. Даже когда геометрию намеренно искажали, односторонний перенос оставался стабильным.

Следующий шаг — адаптация концепции к гораздо более высоким оптическим частотам, используемым в реальных фотонных схемах. Но если это получится, появится возможность создавать значительно более компактные топологические фотонные чипы, способные передавать больше информации в том же объеме и с сохранением надежности.

Китайские исследователи заявили недавно о прорыве в технологии производства фотонных чипов. Команда Университета Цинхуа разработала метод, позволяющий создавать сложные трехмерные оптические структуры менее чем за секунду вместо нескольких часов, необходимых при использовании традиционных технологий.