Los científicos de Yale han creado un nuevo tipo de láser de silicio que utiliza ondas sonoras para amplificar la luz. Un estudio sobre el descubrimiento aparece el 8 de junio en la edición en línea de la revista. Ciencias .

En años recientes, Ha habido un interés creciente en traducir tecnologías ópticas, como la fibra óptica y los láseres de espacio libre, en pequeños circuitos integrados ópticos o "fotónicos". El uso de luz en lugar de electricidad para circuitos integrados permite enviar y procesar información a velocidades que serían imposibles con la electrónica convencional. Los investigadores dicen que la fotónica de silicio (circuitos ópticos basados ​​en chips de silicio) es una de las plataformas líderes para este tipo de tecnologías, gracias a su compatibilidad con la microelectrónica existente.

"Hemos visto una explosión de crecimiento en las tecnologías fotónicas de silicio en los últimos años, "dijo Peter Rakich, profesor asociado de física aplicada en Yale que dirigió la investigación. "No solo estamos comenzando a ver que estas tecnologías ingresan en productos comerciales que ayudan a nuestros centros de datos a funcionar sin problemas, También estamos descubriendo nuevos dispositivos y tecnologías fotónicos que podrían ser transformadores para todo, desde la biosección hasta la información cuántica en un chip. Es un momento realmente emocionante para el campo ".

Los investigadores dijeron que este rápido crecimiento ha creado una necesidad urgente de nuevos láseres de silicio para alimentar los nuevos circuitos, un problema que históricamente ha sido difícil debido a la banda prohibida indirecta del silicio. "Las propiedades intrínsecas del silicio, aunque es muy útil para muchas tecnologías ópticas a escala de chip, hacen que sea extremadamente difícil generar luz láser utilizando corriente eléctrica, "dijo Nils Otterstrom, estudiante de posgrado en el laboratorio de Rakich y primer autor del estudio. "Es un problema que ha obstaculizado a los científicos durante más de una década. Para evitar este problema, necesitamos encontrar otros métodos para amplificar la luz en un chip. En nuestro caso, utilizamos una combinación de ondas de luz y sonido ".

El diseño del láser acorrala la luz amplificada dentro de la forma de una pista de carreras, atrapándola en un movimiento circular. "El diseño de la pista de carreras fue una parte clave de la innovación. De esta manera, podemos maximizar la amplificación de la luz y proporcionar la retroalimentación necesaria para que se produzca el láser, "Dijo Otterstrom.

Para amplificar la luz con sonido, el láser de silicio utiliza una estructura especial desarrollada en el laboratorio de Rakich. "Es esencialmente una guía de ondas a nanoescala que está diseñada para confinar estrechamente tanto las ondas de luz como las de sonido y maximizar su interacción, "Dijo Rakich.

"Lo único de esta guía de ondas es que hay dos canales distintos para que la luz se propague, "añadió Eric Kittlaus, coautor del estudio y estudiante de posgrado en el laboratorio de Rakich. "Esto nos permite dar forma al acoplamiento luz-sonido de una manera que permite diseños de láser notablemente robustos y flexibles".

Sin este tipo de estructura, los investigadores explicaron, la amplificación de la luz utilizando sonido no sería posible en silicio. "Hemos tomado interacciones luz-sonido que estaban prácticamente ausentes en estos circuitos ópticos, y los han transformado en el mecanismo de amplificación más fuerte en silicio, "Rakich dijo." Ahora, podemos usarlo para nuevos tipos de tecnologías láser que nadie creía posible hace 10 años ".

Otterstrom dijo que había dos desafíos principales en el desarrollo del nuevo láser:"Primero, diseñar y fabricar un dispositivo donde la amplificación supera la pérdida, y luego descubrir la dinámica contraintuitiva de este sistema, ", dijo." Lo que observamos es que si bien el sistema es claramente un láser óptico, también genera ondas hipersónicas muy coherentes ".

El equipo de investigación dijo que estas propiedades pueden conducir a una serie de aplicaciones potenciales que van desde osciladores integrados hasta nuevos esquemas para codificar y decodificar información. "Usando silicio, podemos crear multitud de diseños láser, cada uno con dinámicas únicas y aplicaciones potenciales, "dijo el coautor Ryan Behunin, profesor asistente en la Universidad del Norte de Arizona y ex miembro del laboratorio Rakich. "Estas nuevas capacidades amplían drásticamente nuestra capacidad para controlar y dar forma a la luz en circuitos fotónicos de silicio".