Los circuladores son componentes importantes en la tecnología de la comunicación. Su forma única de enrutar la luz generalmente requiere imanes del tamaño de un centímetro, que son difíciles de miniaturizar para su uso en chips ópticos. Investigadores de AMOLF y la Universidad de Texas han sorteado este problema con un anillo de vidrio vibrante que interactúa con la luz. Por lo tanto, crearon un circulador a microescala que enruta direccionalmente la luz en un chip óptico sin usar imanes. Los investigadores publicaron su trabajo en Comunicaciones de la naturaleza el 4 de mayo de 2018.

Los circuladores permiten la transmisión de información sin pérdida entre más de dos nodos en una red, razón por la cual se utilizan ampliamente en redes ópticas. Los circuladores tienen varios puertos de entrada y salida entre los cuales enrutan la luz de una manera especial:la luz que ingresa a un puerto en particular es forzada a salir en un segundo puerto, pero la luz que entra por ese segundo puerto sale por un tercer puerto, etcétera.

"La propagación de la luz es de naturaleza simétrica, lo que significa que si la luz se puede propagar de A a B, el camino inverso es igualmente posible. Necesitamos un truco para romper la simetría ", dice el líder del grupo AMOLF, Ewold Verhagen." Por lo general, este truco consiste en utilizar imanes del tamaño de un centímetro para impartir direccionalidad y romper la naturaleza simétrica de la propagación de la luz. Estos sistemas son difíciles de miniaturizar para su uso en chips fotónicos ".

Verhagen y sus colegas crearon un comportamiento circulante utilizando un resonador de anillo de vidrio a microescala con un truco diferente. Permiten que la luz del anillo interactúe con las vibraciones mecánicas del anillo. Los investigadores utilizaron este principio en trabajos anteriores para demostrar la transmisión óptica unidireccional. "Al hacer brillar la luz de un láser de 'control' en el anillo, la luz de un color diferente puede excitar vibraciones a través de una fuerza conocida como presión de radiación, pero solo si se propaga en la misma dirección que la onda de luz de control, "Verhagen explica." Dado que la luz se propaga de manera diferente a través de una estructura vibrante que a través de una estructura que está quieta, la fuerza óptica rompe la simetría de la misma manera que lo haría un campo magnético ".

Rotonda de luz

Convertir la 'calle de un solo sentido para la luz' en una útil 'rotonda' óptica no fue tan sencillo como parece, como señala el postdoctorado John Mathew:"El desafío es dictar la salida particular a la que se puede dirigir la luz, de modo que siempre tome el siguiente puerto ".

Los investigadores encontraron la solución en la interferencia óptica. El control cuidadoso de las trayectorias ópticas en la estructura asegura que la luz de cada entrada interfiera constructivamente en exactamente la salida correcta. "Demostramos esta circulación en experimentos, y demostró que se puede sintonizar activamente. La frecuencia y la potencia del láser de control permiten que la circulación se encienda y apague y cambie la mano, "dice Mateo.

Redes de información

La 'rotonda' de AMOLF para la luz es en realidad la primera sin imanes, circulador óptico en chip. Aunque la investigación es de naturaleza fundamental, tiene muchas aplicaciones posibles. Verhagen:"Dispositivos como este podrían formar bloques de construcción para chips que usan luz en lugar de electrones para transportar información, así como para futuras computadoras cuánticas y redes de comunicación. El hecho de que el circulador pueda controlarse activamente proporciona una funcionalidad adicional, ya que los circuitos ópticos se pueden reconfigurar a voluntad ".