Si el epicentro de la revolución de la electrónica lleva el nombre del material que la hizo posible (¿silicio?), Entonces el lugar de nacimiento de la revolución de la fotónica bien podría recibir el nombre del niobato de litio. Si bien Lithium Niobate Valley no tiene el mismo tono que Silicon Valley, este material podría ser para la óptica lo que el silicio para la electrónica.

El niobato de litio ya es uno de los materiales ópticos más utilizados, conocido por sus propiedades electro-ópticas, lo que significa que puede convertir de manera eficiente señales electrónicas en señales ópticas. Los moduladores de niobato de litio son la columna vertebral de las telecomunicaciones modernas, conversión de datos electrónicos en información óptica al final de los cables de fibra óptica.

Pero, ¿es notoriamente difícil fabricar dispositivos de alta calidad a pequeña escala utilizando niobato de litio? un obstáculo que hasta ahora ha descartado la práctica integrada, aplicaciones en chip.

Ahora, Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson han desarrollado una técnica para fabricar microestructuras ópticas de alto rendimiento utilizando niobato de litio, abriendo la puerta a circuitos fotónicos integrados ultraeficientes, fotónica cuántica, conversión de microondas a óptica y más.

La investigación se publica en Optica .

"Esta investigación desafía el status quo, "dijo Marko Loncar, el profesor Tiantsai Lin de Ingeniería Eléctrica en SEAS y autor principal del artículo. "Demostramos que se pueden fabricar dispositivos de niobato de litio de alta calidad, con pérdidas ultrabajas y alto confinamiento óptico, utilizando los procesos de microfabricación convencionales".

La mayoría de las microestructuras ópticas convencionales se fabrican mediante procesos de grabado químico o mecánico. Pero el niobato de litio es químicamente inerte, lo que significa que el grabado químico está fuera de la mesa.

"Usar grabado químico en niobato de litio es como usar agua para quitar el esmalte de uñas, simplemente no va a funcionar, "dijo Mian Zhang, co-primer autor del artículo y becario postdoctoral en SEAS. "En el pasado, También se descartó el grabado mecánico porque existía la idea preconcebida de que el niobato de litio es como un trozo de roca que no se puede esculpir sin problemas ".

Pero el laboratorio de Loncar, conocido por su trabajo con diamantes, tiene experiencia con materiales duros. Aprovechando esa experiencia con diamantes, el equipo utilizó grabado con plasma estándar para esculpir físicamente microrresonadores en películas delgadas de niobato de litio proporcionadas por la empresa NANOLN.

Los investigadores demostraron que las guías de nanoondas podían propagar la luz a través de una trayectoria de un metro mientras perdían solo la mitad de su potencia óptica. En comparación, la luz que se propaga en los dispositivos de niobato de litio anteriores perdería al menos el 99 por ciento de la luz en la misma distancia.

"Las guías de nanoondas que demostramos aquí tienen una pérdida de propagación de menos de tres dB por metro, lo que significa que ahora podemos hacer una manipulación sofisticada de la luz en una trayectoria de un metro, "dijo Cheng Wang, co-primer autor del artículo y becario postdoctoral en SEAS. "También mostramos que puede doblar firmemente estas guías de onda, de modo que una guía de ondas de un metro de largo pueda en realidad empaquetarse dentro de un chip de un centímetro ".

"Este es un avance significativo en fotónica integrada y fotónica de niobato de litio, "dijo Qiang Lin, Profesor Asociado de Ingeniería Eléctrica e Informática y Profesor Asociado de Óptica en la Universidad de Rochester, que no participó en la investigación. "Esto abre la puerta a una variedad de funciones interesantes, habilitado por las propiedades ópticas y eléctricas únicas del niobato de litio que no existen en otros medios ópticos ".

"Esta investigación demuestra que este material relativamente inexplorado está listo para abordar aplicaciones críticas en enlaces ópticos para centros de datos, "dijo Joseph Kahn, Profesor de Ingeniería Eléctrica en la Universidad de Stanford, que no participó en la investigación. "El niobato de litio de película delgada (TFLN) es especialmente adecuado para cualquier función que requiera modular la luz o cambiar la frecuencia de la luz.? Durante los próximos años, TFLN jugará un papel clave en la habilitación de pequeños, barato, módulos ópticos de baja potencia para centros de datos para lograr una funcionalidad similar a los equipos de telecomunicaciones actuales, que es mucho más grande, más costoso y más hambrientos de poder ".

Próximo, los investigadores tienen como objetivo aprovechar estos resultados y desarrollar una plataforma de niobato de litio para una amplia gama de aplicaciones, incluida la comunicación óptica, computación y comunicación cuántica y fotónica de microondas.