Un investigador de la Universidad Estatal de Arizona ha logrado otro gran avance utilizando el erbio, un metal de tierras raras, como material de ganancia para un amplificador óptico. esta vez con un logro que permitirá su uso por primera vez con tecnologías ópticas de chip pequeño. El descubrimiento alcanza un objetivo de décadas en el campo de la integración fotónica, en el que diferentes componentes ópticos pequeños se combinan estrechamente para un mejor rendimiento y facilidad de fabricación.

Detalles de la nueva amplificación óptica, "Ganancia óptica gigante en un nanoalambre de silicato de cloruro de erbio monocristalino, "se publicaron en la edición en línea de julio de Fotónica de la naturaleza .

Cun-Zheng Ning, un profesor de ingeniería eléctrica de ASU, y Hao Sun de la Universidad Tsinghua de China, y sus equipos han logrado elevar la ganancia óptica del erbio desde el nivel bajo típico de unos pocos dB a más de 100 dB por centímetro de propagación. El aumento significativo de la ganancia óptica hará posible que los materiales a base de erbio se integren en un chip para amplificadores ópticos y láseres.

En 2011, Ning dirigió un equipo que descubrió esa sal de silicato de erbio en particular, desarrollado como un nanoalambre con un perfil más delgado, podría ser un excelente candidato como material de amplificación fotónica:permite a los ingenieros empacar hasta 1, 000 veces más erbio en amplificadores ópticos, láseres dispositivos de información cuántica, interruptores y celdas de energía solar.

El erbio es importante para muchas aplicaciones, especialmente como un amplificador óptico enterrado junto con fibras ópticas para comunicaciones a través y entre continentes. El amplificador dopado con erbio es una tecnología insustituible en un sistema de comunicación de larga distancia de este tipo.

Los científicos e ingenieros han estado tratando de replicar el éxito de la amplificación de la señal por erbio en una plataforma más pequeña, como en un pequeño chip de un sistema fotónico integrado. La nueva investigación de Ning resuelve el problema de que la cantidad de amplificación en una fibra típica dopada con erbio es demasiado pequeña. y la longitud requerida es demasiado larga, para la integración a escala de chip.

Aunque pasaron varios años desde el descubrimiento de la tecnología de nanocables de erbio, Ning, Sun y su equipo pudieron realizar un delicado experimento en un solo nanocable que reveló el coeficiente de absorción intrínseco. Este proceso permitió medir con precisión la absorción de materiales por primera vez, y posteriormente establecer la ganancia óptica extremadamente alta, aproximadamente dos órdenes de magnitud más alto que los materiales de erbio reportados anteriormente.

"Estamos entusiasmados de que finalmente pudimos establecer la gran ganancia óptica que habíamos predicho durante años en función de otras mediciones que hemos realizado, ", dijo Ning." Basado en esta nueva tecnología de nanocables de cristal único, nuestro próximo objetivo es integrar varios dispositivos en una plataforma de silicio para circuitos fotónicos integrados ".

"El siguiente paso es demostrar un dispositivo óptico real, como un amplificador óptico o un láser, basado en la alta ganancia óptica establecida, "dijo Sun.