El nuevo interruptor óptico puede conducir a un procesamiento de señal óptica ultrarrápido

Ilustración artística de un interruptor de luz que divide los pulsos de luz en función de sus energías. Crédito: Y. Wang, N. Thu y S. Zhou

Los ingenieros de Caltech han desarrollado un interruptor, uno de los componentes fundamentales de la informática, utilizando componentes ópticos en lugar de electrónicos. El desarrollo podría ayudar a los esfuerzos para lograr el procesamiento y la computación de señales ópticas ultrarrápidas.

Los dispositivos ópticos tienen la capacidad de transmitir señales mucho más rápido que los dispositivos eléctricos al usar pulsos de luz en lugar de señales eléctricas. Esta es la razón por la que los dispositivos modernos suelen utilizar la óptica para transmitir datos; Por ejemplo, considere los cables de fibra óptica que brindan velocidades de Internet mucho más rápidas que los cables Ethernet tradicionales.

El campo de la óptica tiene el potencial de revolucionar la informática al hacer más, a velocidades más altas y con menos energía. Sin embargo, una limitación importante de los sistemas basados ​​en la óptica hoy en día es que, en algún momento, todavía se necesitan transistores basados ​​en la electrónica para un procesamiento de datos eficiente.

Ahora, utilizando el poder de la no linealidad óptica (más sobre esto más adelante), un equipo dirigido por Alireza Marandi, profesora asociada de ingeniería eléctrica y física aplicada en Caltech, ha creado un interruptor totalmente fotónico. Tal interruptor podría eventualmente permitir el procesamiento de datos usando fotones. Publicar la investigación en la revista. Fotónica de la naturaleza El 28 de julio.

Los adaptadores se encuentran entre los componentes más simples de una computadora. Una señal llega al interruptor y, dependiendo de ciertas circunstancias, el interruptor permite que la señal avance o la detiene. Esta propiedad de encendido/apagado es la base de las puertas lógicas y la aritmética binaria, que es para lo que están diseñados los transistores digitales. Sin embargo, hasta este nuevo trabajo, lograr la misma función con la luz era difícil. A diferencia de los electrones en los transistores, que pueden afectar gravemente el flujo de los demás y, por lo tanto, causar “conmutación”, los fotones generalmente no interactúan fácilmente entre sí.

Dos cosas hicieron posible el truco: los materiales que usó el equipo de Marandi y la forma en que los usaron. En primer lugar, eligieron un material cristalino conocido como niobato de litio, una mezcla de niobio, litio y oxígeno que no se encuentra en la naturaleza pero que, en los últimos 50 años, ha demostrado ser esencial en la óptica. El material es de naturaleza no lineal: debido a la forma especial en que los átomos están dispuestos en el cristal, las señales ópticas que produce como salidas no coinciden con las señales de entrada.

Si bien los cristales de niobato de litio se han utilizado en óptica durante décadas, los avances en las técnicas de nanofabricación han permitido recientemente a Marandi y a su equipo crear dispositivos fotónicos integrados basados ​​en niobato de litio que permiten atrapar la luz en un espacio pequeño. Cuanto menor sea el área, mayor será la intensidad de la luz con la misma cantidad de energía. Como resultado, los pulsos de luz que transportan información a través de un sistema óptico de este tipo pueden proporcionar una respuesta no lineal más fuerte de lo que sería posible de otro modo.

Marandi y sus colegas también limitaron temporalmente la luz. Esencialmente, redujeron la duración de los pulsos de luz y usaron un diseño específico que mantendría los pulsos cortos a medida que se propagaban a través del dispositivo, dando como resultado que cada pulso tuviera una potencia máxima más alta.

El efecto combinado de estos dos enfoques, el confinamiento espaciotemporal de la luz, es mejorar la fuerza de la no linealidad de una energía de pulso dada, lo que significa que los fotones ahora se afectan entre sí con más fuerza.

El resultado final es la creación de un divisor no lineal en el que los pulsos de luz se dirigen a dos salidas diferentes en función de su energía, lo que permite que la conmutación se produzca en menos de 50 femtosegundos (un femtosegundo es una millonésima de segundo). En comparación, los interruptores electrónicos modernos tardan decenas de picosegundos (un picosegundo es una billonésima parte de un segundo), que es una diferencia de muchos órdenes.

El título del artículo es “Conversión de masa óptica de femtosegundos de femtojulios en nanopartículas de litio”.


La facilidad de uso manual de la luz es la clave para un mejor control visual


más información:
Qiushi Guo et al., Transformación óptica de masa de femtosegundos en niobatos de litio, Fotónica de la naturaleza (2022). DOI: 10.1038 / s41566-022-01044-5

Presentado por el Instituto de Tecnología de California

La frase: El nuevo interruptor óptico puede conducir a un procesamiento de señal óptica ultrarrápida (1 de agosto de 2022) Obtenido el 1 de agosto de 2022 de https://phys.org/news/2022-08-optical-ultrafast-all-optical.html

Este documento está sujeto a derechos de autor. Sin perjuicio de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *