Se dispara un solo láser a través de un peine microscópico, que se divide en un arco iris de colores. Todo sucede de una manera altamente controlada en un diminuto resonador fotónico, y podría allanar el camino hacia relojes más precisos, el descubrimiento de exoplanetas y sistemas GPS mejorados.

Los investigadores desarrollaron el primer chip de su tipo, empleando lo que se conoce como el efecto Pockels, en el laboratorio de Hong Tang, el Llewellyn West Jones, Profesor Jr. de Ingeniería Eléctrica, Física y Física Aplicadas. Los resultados de su trabajo se publican en Fotónica de la naturaleza .

"Este trabajo desentraña un nuevo proceso de física para producir peines de frecuencia, ", Dijo Tang." Aprovechamos un material fotónico con una estructura cristalina que rompe la simetría; este tipo de material de Pockels ofrece una no linealidad óptica más fuerte que los materiales usados ​​convencionalmente ".

El chip presenta un microcombustible, un dispositivo óptico extremadamente pequeño que convierte el color único de un láser en una variedad de colores espaciados uniformemente, un efecto que es importante para aplicaciones como la espectroscopia. Tradicionalmente, esto se hace con lo que se conoce como micropenales de Kerr, que son eficaces pero requieren mucha potencia. Científicos, aunque, durante mucho tiempo estuvieron intrigados por la posibilidad de usar micropeines basados ​​en el efecto Pockels para aumentar la potencia, y finalmente pudieron hacerlo hace unos 10 años en grandes cavidades de alrededor de medio metro de largo. La diferencia entre los dos es que el láser en un peine Kerr intensifica los colores de los láseres para hacer un peine, mientras que el peine de Pockels se crea cuando el láser duplica repetidamente y reduce a la mitad su frecuencia, que determina su color. Mientras que el microcombustible de Pockels tiene un efecto mucho más fuerte, también es muy difícil de controlar.

Una forma de obtener el control es con el uso de un solitón, una ola solitaria que se mueve de forma constante y sin perder energía. Los solitones pueden ocurrir en la naturaleza, como en el agua (fueron observados por primera vez en un puente en Escocia por un ingeniero escocés del siglo XIX que observó una sola ola viajar por millas). También ocurren con la luz, y, como prometen las leyes de la física, sería fundamental para controlar los láseres creados por el microcombustible de Pockels. Hacer que uno funcione con un microcombustible, aunque, durante mucho tiempo había resultado difícil de alcanzar para los científicos.

"Sin el solitón, es solo un montón de láseres haciendo lo suyo, es como tratar de arrear gatos, "dijo Alex Bruch, autor principal del estudio y ex Ph.D. estudiante en el laboratorio de Tang. Con el estado de soliton, aunque, es como un cuerpo de ejército bien entrenado que puede marchar de manera ordenada y combinar sus fuerzas. "" Es increíblemente difícil hacer ciencia real con una fuente de luz que te cambia al azar. El solitón es genial porque hace un bonito, pulso óptico predecible que puede utilizar para casi cualquier aplicación que desee. La gente ha pensado que esto debería existir durante mucho tiempo, pero fue muy difícil hacer uno u observar uno en un laboratorio. Lo realmente importante de nuestro artículo es que esta es la primera vez que podemos hacer que ese solitón funcione ".

El laboratorio Tang es el primero en hacer un solitón de Pockels a microescala, y una gran parte de su éxito se debe a la pequeña escala en la que estaban trabajando. Por lo general, tal dispositivo ocupa el espacio de una pequeña caja de zapatos. Pero el laboratorio de Tang se especializa en nanofotónica, en el que todo se encoge dramáticamente. Utilizan una técnica de microfabricación que les permite disparar la luz al chip y se generan múltiples colores en un anillo no mayor que el ancho de un cabello humano.

"Podemos controlar todo muy bien en un pequeño chip:la temperatura, la geometría, y resulta que al reducir todo, también has mejorado la física porque estás obligando a todas estas ondas a interactuar entre sí en un espacio diminuto, "" Dijo Bruch.

No solo el efecto fue más fuerte, pero también fue mucho más eficiente que usar el microcombustible Kerr tradicional. Un microcombustible de Kerr normalmente alcanza una tasa de conversión de alrededor del 2-3%, mientras que su microcombustible Pockels, en el primer intento, alcanzó el 17%.

Bruch dijo que planean aprovechar esta investigación para encontrar formas de ampliar el ancho de banda, es decir, el número de colores que se generan a partir del láser.