Investigadores de WashU desarrollan un nuevo método para controlar la transmisión de luz en circuitos fotónicos
Un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis ha presentado una innovadora forma de manipular la transmisión de luz, lo que podría revolucionar la forma en que se diseñan los circuitos fotónicos y electrónicos utilizados en chips semiconductores y sistemas de fibra óptica. Este avance busca simplificar los circuitos y reducir costos, abriendo nuevas posibilidades para el desarrollo de dispositivos ópticos avanzados.
La técnica, que se basa en el uso de guías de onda fotónicas con simetría de paridad-tiempo (PT), permite a los investigadores «revertir el tiempo», haciendo que el sistema se comporte de la misma manera que antes. Según Lan Yang, profesora de ingeniería eléctrica y sistemas y autora principal de la investigación recientemente publicada en Science Advances, esta simetría permite nuevas maneras de controlar la luz, especialmente útiles en aplicaciones de comunicaciones ópticas, láseres y sensores.
Los investigadores, Wenbo Mao y Fu Li, co-primeros autores del estudio, explican que su sistema permite una «transmisión reconfigurable». Mao utiliza la analogía de un polarizador para ilustrar su funcionamiento. «Imagina un polarizador como una puerta entreabierta que solo permite el paso de luz con una dirección de polarización específica, mientras que bloquea la luz polarizada perpendicularmente», señala Mao. Este efecto permite que la luz viaje a través del sistema en una única dirección, lo que simplifica los sistemas de telecomunicaciones, donde es crucial que los datos fluyan en una dirección específica, como de un servidor a un cliente.
En los sistemas de comunicación óptica, comúnmente se utilizan aisladores que dirigen la luz mediante campos magnéticos para garantizar que se desplace en una sola dirección, evitando interferencias. Sin embargo, el nuevo sistema desarrollado por los investigadores elimina la necesidad de componentes aisladores complejos y voluminosos, ofreciendo una solución más sencilla y eficiente para la propagación unidireccional de la luz.
Para lograr este avance, los investigadores diseñaron chips fotónicos que construyen un sistema periódico, conocido como física Floquet no hermítica, que simula el efecto de los polarizadores rotados descrito por Mao. Este sistema permite que la luz se propague en una única dirección al experimentar transiciones de fase no hermíticas.
Li, otro de los investigadores, compara el movimiento de la luz con un bailarín que se desplaza por una sala llena de trampas. «Cuando el bailarín se mueve hacia adelante, cada paso está guiado para evitar las trampas. Pero si intenta retroceder, cada paso cae directamente en una trampa, impidiendo un movimiento fluido en esa dirección». En este experimento, la luz actúa como el bailarín, mientras que pequeños trozos de metal en las guías de onda sirven como trampas, asegurando que la luz se mueva de manera eficiente solo en una dirección.
El diseño del dispositivo es sencillo, pero su rendimiento es notable, lo que puede contribuir a reducir la interferencia entre diferentes componentes ópticos. «Ajustamos el diseño del propio dispositivo para lograr una transmisión de luz asimétrica que lleve información en la dirección preferida», concluye Yang. Este avance tiene aplicaciones potenciales en numerosos dispositivos de telecomunicaciones, marcando un paso significativo hacia la mejora de la tecnología óptica.
