En 2015, los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard SEAS desarrollaron el primer metamaterial en chip con un índice de refracción de cero, lo que significa que la fase de la luz podría extenderse infinitamente. El metamaterialrepresentó un nuevo método para manipular la luz y fue un importante paso adelante para los circuitos fotónicos integrados, que utilizan la luz en lugar de los electrones para realizar una amplia variedad de funciones.
Ahora, los investigadores de SEAS han impulsado esa tecnología aún más, desarrollando una guía de ondas de índice cero compatible con las tecnologías fotónicas de silicio actuales. Al hacerlo, el equipo observó un fenómeno físico que generalmente no es observable: una onda estacionaria de luz.
La investigación se publica en ACS Photonics . La Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard ha presentado una solicitud de patente y está explorando oportunidades de comercialización.
Cuando una longitud de onda de luz se mueve a través de un material, sus crestas y canales se condensan o estiran, dependiendo de las propiedades del material. La cantidad de crestas de una onda de luz se condensa se expresa como una relación llamada índice de refracción -cuanto más alto es el índice, más se aplasta la longitud de onda.
Cuando el índice de refracción se reduce a cero, la luz ya no se comporta como una onda en movimiento, viajando a través del espacio en una serie de crestas y canales, también conocidos como fases. En cambio, la onda se estira infinitamente larga, creando una fase constante.La fase oscila solo como una variable de tiempo, no como espacio.
Esto es emocionante para la fotónica integrada porque la mayoría de los dispositivos ópticos usan interacciones entre dos o más ondas, que necesitan propagarse en sincronía a medida que se mueven a través del circuito. Si la longitud de onda es infinitamente larga, la fase de las longitudes de onda de la luz no coincide.Es un problema, ya que los campos ópticos son los mismos en todas partes.
Pero después del avance inicial de 2015, el equipo de investigación se topó con una trampa-22. Debido a que el equipo usó prismas para probar si la luz en el chip se extendía infinitamente, todos los dispositivos se construyeron en forma de prisma. PeroLos prismas no son formas particularmente útiles para los circuitos integrados. El equipo quería desarrollar un dispositivo que pudiera conectarse directamente a los circuitos fotónicos existentes y para eso, la forma más útil es un cable recto o una guía de ondas.
Los investigadores, liderados por Eric Mazur, profesor de física de Balkanski, construyeron una guía de ondas pero, sin la ayuda de un prisma, no tenían una manera fácil de probar si tenía un índice de refracción de cero.
Entonces, los becarios posdoctorales Orad Reshef y Philip Camayd-Muñoz tuvieron una idea.
Por lo general, una longitud de onda de luz es demasiado pequeña y oscila demasiado rápido para medir cualquier cosa que no sea un promedio. La única forma de ver realmente una longitud de onda es combinar dos ondas para crear interferencia.
Imagine cuerdas en una guitarra, fijadas a cada lado. Cuando se toca una cuerda, la onda viaja a través de la cuerda, golpea el pin en el otro lado y se refleja hacia atrás, creando dos ondas que se mueven en direcciones opuestas con la misma frecuenciaEste tipo de interferencia se llama onda estacionaria.
Reshef y Camayd-Muñoz aplicaron la misma idea a la luz en la guía de ondas. Ellos "inmovilizaron" la luz al hacer brillar haces en direcciones opuestas a través del dispositivo para crear una onda estacionaria. Las ondas individuales todavía oscilaban rápidamente perooscilaban a la misma frecuencia en direcciones opuestas, lo que significa que en ciertos puntos se cancelaron entre sí y otros puntos que sumaron, creando un patrón totalmente claro u oscuro. Y, debido al material de índice cero, el equipo pudoestirar la longitud de onda lo suficientemente grande como para ver.
Esta puede ser la primera vez que se ve una onda estacionaria con longitudes de onda infinitamente largas.
"Pudimos observar una demostración impresionante de un índice de cero", dijo Reshef, quien recientemente aceptó un puesto en la Universidad de Ottawa. "Al propagarse a través de un medio con un índice tan bajo, estas ondas presentan,que a la luz suelen ser demasiado pequeños para detectarlos directamente, se expanden para que pueda verlos con un microscopio ordinario "
"Esto agrega una herramienta importante a la caja de herramientas de fotónica de silicio", dijo Camayd-Muñoz. "Hay una física exótica en el régimen de índice cero, y ahora estamos trayendo eso a la fotónica integrada. Es un paso importante, porque significapodemos conectarnos directamente a dispositivos ópticos convencionales y encontrar usos reales para fenómenos de índice cero. En el futuro, las computadoras cuánticas pueden basarse en redes de átomos excitados que se comunican a través de fotones. El rango de interacción de los átomos es aproximadamente igual a la longitud de ondade luz. Al hacer que la longitud de onda sea grande, podemos permitir interacciones de largo alcance para escalar dispositivos cuánticos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Original escrito por Leah Burrows. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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