近期，IQUIST成员Gaurav Bahl和他的研究小组宣布成功设计出一个简单、紧凑的光子电路，使用声波来控制光。

这项新研究发表在《自然光子学》(Nature Photonics)杂志上，展示了一种分离或控制光方向的强大方法。

该团队的测量表明，他们的隔离方法目前优于所有以前的芯片替代方案，并优化了与基于原子的传感器的兼容性。

众所周知，即使在最好的环境下，光也是很难控制的——它会反射、吸收和折射。一面镜子将光线送回它原来的地方，一块玻璃碎片在让光线通过时使光线弯曲，而黑色的岩石吸收光线并将其转化为热量。从本质上讲，光很乐于散射它所经过的任何东西。这种行为就是为什么即使有一点点光，也有利于人们在黑暗中看见东西。

在大型量子器件中控制光，通常是一项艰巨的任务，涉及大量的镜子、透镜、光纤等。小型化需要采用不同的方法来处理这些组件。

在过去的几年中，科学家和工程师在设计微芯片上的各种光控元件方面取得了重大进展。他们可以制作光波导，这是传输光的通道，甚至可以使用某些材料改变光的颜色。但是，迫使光(由称为光子的微小光点构成)向一个方向移动，同时抑制不受欢迎的向后反射，是很棘手的。

在典型的实验中，实现单向的最佳工具是磁铁。例如，几乎每一种激光都有一个磁光隔离器，它可以让光从激光中出来，但又防止它向后移动，这就会干扰激光的功能。虽然激光可以小型化，但缩小传统隔离器有两个问题。

首先，在紧凑型器件中，磁场会对附近的原子产生负面影响。第二，即使有办法绕过这个问题，隔离器内部的材料在较小长度的芯片上也不能很好地工作。

而巴尔的团队则展示了一种设计简单的新型非磁性隔离器，它使用普通的光学材料，很容易适应不同波长的光。

“我们想设计一种能够自然避免损耗的设备，而实现这一点的最佳方法是让光线不穿透任何东西。波导是光子电路中非常基本的元件，它是最简单的仍然可以引导光子沿着受控路径的‘无’状态。”

在一个完整的基于原子的系统中，波导将引导激光通过一系列元件进入一个包含原子的小室。考虑到这一点，该团队优化了他们的芯片，使其使用780nm光，这是配置普通基于铷的传感器所需的波长。

这只是设计的前半部分，因为为了隔离，光线必须同时被阻挡在相反的方向。此前，该团队展示了他们可以将声波发射到光子电路中，以打破对称的光流。在新的研究中，该团队将这一想法转化为功能性芯片元件的演示。

完整的光子隔离器包含一个波导和相邻的环形谐振器，环形谐振器看起来像一个长方形的跑道。正常情况下，入射光会从波导进入谐振腔，而不管它的方向，因此阻塞了所有的光流。但当研究小组将声波应用到环上时，谐振器只捕捉到通过波导向后移动的光。在正向方向上，光通过波导时不受阻碍，就好像谐振器根本不存在一样。

该团队的测量结果显示，几乎每个光子都是向前穿过波导的，而向后穿过的概率只有万分之一。这意味着该设计将损耗或不希望的光吸收降低到几乎为零，这是以前的片上隔离器长期存在的问题。数据显示，这种新型器件在芯片隔离方面表现出了创纪录的性能，并能像更大的基于磁体的器件一样工作。此外，该方法比较灵活，可以在不改变起始材料的情况下用于多个波长。