Las señales de un faro a los barcos en el mar son un ejemplo temprano de comunicación óptica, el uso de la luz para transmitir información. Hoy en día, los investigadores en el campo de la fotónica integrada están utilizando principios de comunicaciones ópticas para construir dispositivos de alta tecnología, como los rayos-computadoras rápidas, que utilizan luz en lugar de electricidad.
En la Universidad de Delaware, un equipo de investigación dirigido por Tingyi Gu, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática, ha diseñado una plataforma fotónica integrada con una metalens unidimensional, una lente delgada que se puede diseñar a escala nanométrica para enfocarluz de una manera específica - y metasuperficies - pequeñas superficies hechas con nanoestructuras para manipular la luz transmitida o reflejada - que limitan la pérdida de información. El equipo describió recientemente su dispositivo en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
"Es una nueva forma de lograr fotónica integrada en comparación con la forma convencional", dijo el estudiante de doctorado Zi Wang, el primer autor del artículo.
El equipo fabricó una pequeña metalensa en un chip a base de silicio programado con cientos de pequeñas ranuras de aire, lo que permite el procesamiento de señales ópticas paralelas dentro del pequeño chip. Demostraron una alta transmisión de señal con menos de una pérdida de decibelios en un ancho de banda de 200 nanómetrosCuando colocaron tres de sus metasuperficies juntas, demostraron funcionalidades de transformación y diferenciación de Fourier, técnicas importantes en las ciencias físicas que descomponen las funciones en partes constituyentes.
"Este es el primer documento que utiliza metasuperficies de baja pérdida en la plataforma fotónica integrada", dijo Gu. "Nuestra estructura es de banda ancha y baja pérdida, lo que es fundamental para las comunicaciones ópticas de eficiencia energética".
Además, el nuevo dispositivo desarrollado en UD es mucho más pequeño y liviano que los dispositivos convencionales de su tipo. No requiere la alineación manual de las lentes, por lo que es más robusto y escalable en comparación con las plataformas ópticas tradicionales de espacio libre, que requieren una tremenda paciencia y tiempo para configurarlo.
Este nuevo dispositivo podría tener aplicaciones en imágenes, detección y procesamiento de información cuántica, como ópticas de transformación en chip, operaciones matemáticas y espectrómetros. Con un mayor desarrollo, esta tecnología también podría ser útil en el aprendizaje profundo y las aplicaciones de redes neuronales en informática.
"Es mucho más rápido que las estructuras convencionales", dijo Gu. "Todavía hay muchos desafíos técnicos cuando intentas controlarlos activamente, pero esta es una nueva plataforma con la que estamos comenzando y trabajando".
Partes del dispositivo fueron fabricadas en las instalaciones de nanofabricación de la Universidad de Delaware y en AIM Photonics en Rochester, Nueva York.
Mientras trabajaba en este proyecto, Gu se inspiró en las conversaciones con otros miembros de la facultad, Dennis Prather, Profesor de Ingeniería para Alumnos de Ingeniería Eléctrica e Informática; Gonzalo Arce, Profesor Charles Black Evans de Ingeniería Eléctrica e Informática; y Kenneth Barner, Profesor Charles Black Evansde Ingeniería Eléctrica e Informática.
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Materiales proporcionado por Universidad de Delaware . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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