Los investigadores de Michigan Tech han mapeado una respuesta magnetoóptica de reducción de ruido que ocurre en las comunicaciones de fibra óptica, abriendo la puerta a nuevas tecnologías de materiales.

Las señales ópticas producidas por fuentes láser se utilizan ampliamente en comunicaciones de fibra óptica, que funcionan pulsando información empaquetada como luz a través de cables, incluso a grandes distancias, de un transmisor a un receptor. A través de esta tecnología es posible transmitir conversaciones telefónicas, mensajes de internet, e imágenes de televisión por cable. La gran ventaja de esta tecnología sobre la transmisión de señales eléctricas es su ancho de banda, es decir, la cantidad de información que se puede transmitir.

Una nueva investigación de una colaboración entre la Universidad Tecnológica de Michigan y el Laboratorio Nacional Argonne mejora aún más el procesamiento de señales ópticas, lo que podría conducir a la fabricación de dispositivos de fibra óptica aún más pequeños.

El artículo, revelando un mecanismo inesperado en la no reciprocidad óptica, desarrollado por el grupo de investigación de Miguel Levy, profesor de física en Michigan Tech — se ha publicado en la revista Optica . "Impulsar la no reciprocidad óptica:reconstrucción de superficies en granates de hierro" explica los orígenes cuánticos y cristalográficos de un nuevo efecto de superficie en la óptica no recíproca que mejora el procesamiento de señales ópticas.

Señales ópticas silenciosas

Un componente óptico llamado aislador magnetoóptico aparece de forma ubicua en estos circuitos ópticos. Su función es proteger la fuente láser, el lugar donde se genera la luz antes de la transmisión, de la luz no deseada que podría reflejarse corriente abajo. Cualquier luz que entre en la cavidad del láser pone en peligro la señal transmitida porque crea el equivalente óptico del ruido.

"Los aisladores ópticos funcionan según un principio muy simple:se permite el paso de la luz que va en la dirección de avance; se detiene la luz que va en la dirección de retroceso, "Dijo Levy." Esto parece violar un principio físico llamado simetría de inversión del tiempo. Las leyes de la física dicen que si inviertes la dirección del tiempo, si viajas hacia atrás en el tiempo, terminas exactamente donde comenzaste. Por lo tanto, la luz que regresa debe terminar dentro del láser. Pero no es así. Los aisladores logran esta hazaña al estar magnetizados. Los polos magnéticos norte y sur del dispositivo no cambian de lugar para que la luz regrese. Entonces, las direcciones hacia adelante y hacia atrás en realidad se ven diferentes a la luz que viaja. Este fenómeno se llama no reciprocidad óptica, " él dijo.

Para el microscopio electrónico de transmisión de escaneo (STEM) Titan Themis FEI 200kV de Michigan Tech (uno de los dos únicos Titanes en el estado de Michigan), todo el mundo es un escenario.

Los aisladores ópticos deben miniaturizarse para la integración en el chip en circuitos ópticos, un proceso similar a la integración de transistores en chips de computadora. Pero esa integración requiere el desarrollo de tecnologías de materiales que puedan producir aisladores ópticos más eficientes que los disponibles actualmente.

Un trabajo reciente del grupo de investigación de Levy ha demostrado una mejora de un orden de magnitud en el efecto físico responsable del funcionamiento del aislador. Este descubrimiento, observable en películas de granate de hierro a nanoescala, abre la posibilidad de dispositivos mucho más pequeños. El desarrollo de la tecnología de nuevos materiales de este efecto depende de la comprensión de su base cuántica.

Los hallazgos del grupo de investigación proporcionan precisamente este tipo de comprensión. Este trabajo se realizó en colaboración con la estudiante de posgrado en física Sushree Dash, La ingeniera del Laboratorio de Análisis Morfológico y Químico Aplicado, Pinaki Mukherjee, y los científicos del Laboratorio Nacional Argonne, Daniel Haskel y Richard Rosenberg.

El artículo de Optica explica el papel de la superficie en las transiciones electrónicas responsables de la respuesta magnetoóptica mejorada observada. Estos fueron observados con la ayuda de Advanced Photon Source de Argonne. El mapeo de la reconstrucción de la superficie subyacente a estos efectos fue posible gracias al microscopio electrónico de transmisión de barrido de última generación adquirido por Michigan Tech hace dos años. La nueva comprensión de la respuesta magnetoóptica proporciona una herramienta poderosa para el mayor desarrollo de tecnologías de materiales mejoradas para avanzar en la integración de dispositivos no recíprocos en circuitos ópticos.