Xu Yi, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Virginia, colaboró ​​con el grupo de Yun-Feng Xiao de la Universidad de Pekín y los investigadores de Caltech para lograr el intervalo espectral más amplio registrado en un microcombustible.

Su artículo revisado por pares, "Micropenales de dos octavas asistidos por el caos, "fue publicado el 11 de mayo de 2020, en Comunicaciones de la naturaleza , una revista multidisciplinaria dedicada a publicar investigaciones de alta calidad en todas las áreas de la biología, salud, físico, Ciencias químicas y de la Tierra.

Yi y Xiao co-supervisaron este trabajo y son los autores correspondientes. Los coautores incluyen a Hao-Jing Chen, Qing-Xin Ji, Qi-Tao Cao, Qihuang Gong en la Universidad de Pekín, y Heming Wang y Qi-Fan Yang en Caltech. El grupo de Yi está patrocinado por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. El grupo de Xiao está financiado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y el Programa Nacional de Investigación y Desarrollo Clave de China.

El equipo aplicó la teoría del caos a un tipo específico de dispositivo fotónico llamado peine de frecuencia basado en microrresonadores, o micropanal. El micro peine convierte de manera eficiente los fotones de longitudes de onda simples a múltiples. Los investigadores demostraron la más amplia (es decir, más colorido) espectro espectral de microcombustibles jamás registrado. A medida que los fotones se acumulan y su movimiento se intensifica, el peine de frecuencia genera luz en el espectro de ultravioleta a infrarrojo.

"Es como convertir una linterna mágica monocromática en un proyector de películas en tecnicolor, "Yi dijo. El amplio espectro de luz generado por los fotones aumenta su utilidad en espectroscopía, relojes ópticos y calibración astronómica para buscar exoplanetas.

El microcomb funciona conectando dos elementos interdependientes:un microrresonador, que es una estructura de escala micrométrica en forma de anillo que envuelve los fotones y genera el peine de frecuencia, y una guía de ondas de bus de salida. La guía de ondas regula la emisión de luz:solo la luz de velocidad coincidente puede salir del resonador a la guía de ondas. Como explicó Xiao, "Es similar a encontrar una rampa de salida de una autopista; no importa qué tan rápido conduzca, la salida siempre tiene un límite de velocidad ".

El equipo de investigación descubrió una forma inteligente de ayudar a que más fotones atrapen su salida. Su solución es deformar el microrresonador de una manera que crea un movimiento de luz caótico dentro del anillo. "Este movimiento caótico cambia la velocidad de la luz en todas las longitudes de onda disponibles, ", dijo el coautor y miembro del equipo de investigación de la Universidad de Pekín, Hao-Jing Chen. Cuando la velocidad en el resonador coincide con la de la guía de ondas del bus de salida en un momento específico, la luz saldrá del resonador y fluirá a través de la guía de ondas.

La adopción por parte del equipo de la teoría del caos es una consecuencia de su estudio anterior sobre la transformación del impulso de banda ancha asistida por el caos en una microcavidad deformada. que fue publicado en Ciencias en 2017 ( Ciencias 358, 344-347).

Esta investigación se basa en las fortalezas de UVA Engineering en fotónica. El Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática Charles L. Brown tiene una base sólida en materiales semiconductores y física de dispositivos que se extiende a dispositivos optoelectrónicos avanzados. El laboratorio de microfotónica de Yi realiza investigaciones sobre resonadores fotónicos integrados de alta calidad, con un enfoque dual en peines de frecuencia óptica basados ​​en microrresonadores y computación cuántica fotónica basada en variables continuas.

"La introducción del caos y la deformación de la cavidad no solo proporciona un nuevo mecanismo, sino también un grado adicional de libertad en el diseño de dispositivos fotónicos, Yi dijo:"Esto podría acelerar la investigación de la óptica y la fotónica en la computación cuántica y otras aplicaciones que son vitales para el crecimiento económico y la sostenibilidad futuros".

Comunicaciones de la naturaleza publicó esta investigación el 11 de mayo de 2020.