Hace cinco años, El erudito postdoctoral de Stanford Momchil Minkov encontró un acertijo que estaba impaciente por resolver. En el corazón de su campo de la óptica no lineal se encuentran los dispositivos que cambian la luz de un color a otro, un proceso importante para muchas tecnologías dentro de las telecomunicaciones. informática y equipos basados ​​en láser y ciencia. Pero Minkov quería un dispositivo que también atrapara ambos colores de luz, una hazaña compleja que podría mejorar enormemente la eficiencia de este proceso de cambio de luz, y quería que fuera microscópico.

"Fui expuesto por primera vez a este problema por Dario Gerace de la Universidad de Pavía en Italia, mientras estaba haciendo mi doctorado. En Suiza. Intenté trabajar en eso entonces, pero es muy difícil, "Dijo Minkov." Ha estado en el fondo de mi mente desde entonces. De vez en cuando, Se lo mencionaría a alguien en mi campo y dirían que era casi imposible ".

Para demostrar que lo casi imposible aún era posible, Minkov y Shanhui Fan, profesor de ingeniería eléctrica en Stanford, desarrolló pautas para crear una estructura de cristal con una forma de dos partes poco convencional. Los detalles de su solución se publicaron el 6 de agosto en Optica , con Gerace como coautor. Ahora, el equipo está comenzando a construir su estructura teorizada para pruebas experimentales.

Una receta para confinar la luz

Cualquiera que haya encontrado un puntero láser verde ha visto la óptica no lineal en acción. Dentro de ese puntero láser una estructura de cristal convierte la luz láser de infrarrojos a verde. (La luz láser verde es más fácil de ver para las personas, pero los componentes para fabricar láseres solo verdes son menos comunes). Esta investigación tiene como objetivo realizar una conversión similar a la mitad de la longitud de onda, pero en un espacio mucho más pequeño. lo que podría conducir a una gran mejora en la eficiencia energética debido a las complejas interacciones entre los haces de luz.

El objetivo del equipo era forzar la coexistencia de los dos rayos láser mediante una cavidad de cristal fotónico, que puede enfocar la luz en un volumen microscópico. Sin embargo, Las cavidades de cristal fotónico existentes generalmente solo confinan una longitud de onda de luz y sus estructuras están altamente personalizadas para adaptarse a esa longitud de onda.

Entonces, en lugar de crear una estructura uniforme para hacerlo todo, Estos investigadores idearon una estructura que combina dos formas diferentes de confinar la luz, uno para sostener la luz infrarroja y otro para sostener el verde, todo todavía contenido dentro de un cristal diminuto.

"Tener diferentes métodos para contener cada luz resultó ser más fácil que usar un mecanismo para ambas frecuencias y, en algún sentido, es completamente diferente de lo que la gente pensaba que debían hacer para lograr esta hazaña, "Dijo Fan.

Después de pulir los detalles de su estructura de dos partes, los investigadores produjeron una lista de cuatro condiciones, lo que debería guiar a los colegas en la construcción de una cavidad de cristal fotónico capaz de contener dos longitudes de onda de luz muy diferentes. Su resultado parece más una receta que un esquema porque las estructuras que manipulan la luz son útiles para tantas tareas y tecnologías que los diseños deben ser flexibles.

"Tenemos una receta general que dice:Dime cuál es tu material y te diré las reglas que debes seguir para obtener una cavidad de cristal fotónico que sea bastante pequeña y confine la luz en ambas frecuencias. '", Dijo Minkov.

Ordenadores y curiosidad

Si los canales de telecomunicaciones fueran una autopista, Cambiar entre diferentes longitudes de onda de luz equivaldría a un cambio rápido de carril para evitar una desaceleración, y una estructura que contiene varios canales significa un cambio más rápido. La óptica no lineal también es importante para las computadoras cuánticas porque los cálculos en estas computadoras se basan en la creación de partículas entrelazadas, que se puede formar a través del proceso opuesto que ocurre en el cristal del laboratorio Fan, creando partículas rojas de luz macladas a partir de una partícula de luz verde.

Visualizar las posibles aplicaciones de su trabajo ayuda a estos investigadores a elegir lo que estudiarán. Pero también están motivados por su deseo de un buen desafío y la intrincada extrañeza de su ciencia.

"Básicamente, trabajamos con una estructura de losa con agujeros y al disponer estos agujeros, podemos controlar y mantener la luz, ", Dijo Fan." Movemos y redimensionamos estos pequeños agujeros en mil millonésimas de metro y eso marca la diferencia entre el éxito y el fracaso. Es muy extraño e infinitamente fascinante ".

Estos investigadores pronto se enfrentarán con estas complejidades en el laboratorio, ya que están comenzando a construir su cavidad de cristal fotónico para pruebas experimentales.