Los investigadores de Illinois han demostrado que las ondas de sonido pueden usarse para producir diodos ópticos ultraminiatura que son lo suficientemente pequeños como para caber en un chip de computadora. Estos dispositivos, llamados aisladores ópticos, pueden ayudar a resolver los principales desafíos de capacidad de datos y tamaño del sistema para circuitos fotónicos integrados,El equivalente basado en la luz de los circuitos electrónicos, que se utilizan para la informática y las comunicaciones.
Los aisladores son dispositivos no recíprocos o "unidireccionales" similares a los diodos electrónicos. Protegen las fuentes láser de los reflejos posteriores y son necesarios para dirigir las señales de luz alrededor de las redes ópticas. Hoy en día, la tecnología dominante para producir tales dispositivos no recíprocos requiere materiales que cambien suLos investigadores dijeron que las propiedades ópticas en respuesta a los campos magnéticos.
"Hay varios problemas con el uso de materiales magnéticamente sensibles para lograr el flujo de luz unidireccional en un chip fotónico", dijo el profesor de ciencia mecánica e ingeniería y coautor del estudio Gaurav Bahl. "Primero, la industria simplemente no lo hace".tienen una buena capacidad para colocar imanes compactos en un chip. Pero lo más importante es que los materiales necesarios aún no están disponibles en las fundiciones fotónicas. Es por eso que la industria necesita desesperadamente un mejor enfoque que use solo materiales convencionales y evite los campos magnéticos por completo ".
En un estudio publicado en la revista Fotónica de la naturaleza , los investigadores explican cómo usan el acoplamiento minúsculo entre la luz y el sonido para proporcionar una solución única que permite dispositivos no recíprocos con casi cualquier material fotónico.
Sin embargo, el tamaño físico del dispositivo y la disponibilidad de materiales no son los únicos problemas con el estado actual de la técnica, dijeron los investigadores.
"Los intentos de laboratorio para producir aisladores ópticos magnéticos compactos siempre han estado plagados de grandes pérdidas ópticas", dijo el estudiante graduado y autor principal Benjamin Sohn. "La industria de la fotónica no puede permitirse esta pérdida relacionada con el material y también necesita una solución que proporcione suficiente ancho de banda".ser comparable a la técnica magnética tradicional. Hasta ahora, no ha habido un enfoque sin imán que sea competitivo "
El nuevo dispositivo tiene un tamaño de solo 200 por 100 micras, aproximadamente 10,000 veces más pequeño que un centímetro cuadrado, y está hecho de nitruro de aluminio, un material transparente que transmite luz y es compatible con las fundiciones fotónicas ". Las ondas de sonido se producen ende forma similar a un altavoz piezoeléctrico, usando electrodos diminutos escritos directamente en el nitruro de aluminio con un haz de electrones. Estas ondas sonoras son las que obligan a la luz dentro del dispositivo a viajar solo en una dirección. Esta es la primera vez que un aislador sin imán tienesuperó el ancho de banda de gigahercios ", dijo Sohn.
Los investigadores están buscando formas de aumentar el ancho de banda o la capacidad de datos de estos aisladores y confían en que pueden superar este obstáculo. Una vez perfeccionados, visualizan aplicaciones transformadoras en sistemas de comunicación fotónica, giroscopios, sistemas GPS, cronometraje atómico y centros de datos.
"Los centros de datos manejan enormes cantidades de tráfico de datos de Internet y consumen grandes cantidades de energía para las redes y para mantener los servidores frescos", dijo Bahl. "La comunicación basada en la luz es deseable porque produce mucho menos calor, lo que significa mucha menos energíase puede gastar en la refrigeración del servidor mientras se transmiten muchos más datos por segundo ".
Aparte del potencial tecnológico, los investigadores no pueden evitar quedar hipnotizados por la ciencia fundamental detrás de este avance.
"En la vida cotidiana, no vemos las interacciones de la luz con el sonido", dijo Bahl. "La luz puede pasar a través de un panel de vidrio transparente sin hacer nada extraño. Nuestro campo de investigación ha encontrado que la luz y el sonido sí,de hecho, interactúe de una manera muy sutil. Si aplica los principios de ingeniería correctos, puede sacudir un material transparente de la manera correcta para mejorar estos efectos y resolver este importante desafío científico. Parece casi mágico ".
La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de los Estados Unidos y el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea apoyaron esta investigación.
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Materiales proporcionados por Universidad de Illinois en Urbana-Champaign . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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