Por primera vez, los investigadores han usado pequeños engranajes hechos de germanio para generar un vórtice de luz retorcida que gira alrededor de su eje de viaje como un sacacorchos. Debido a que el germanio es compatible con el silicio utilizado para hacer chips de computadora, la nueva luzla fuente podría usarse para aumentar la cantidad de datos que se pueden transmitir con la computación óptica y la comunicación basadas en chips.
Los investigadores, de la Universidad de Southampton en el Reino Unido, y la Universidad de Tokio, la Universidad Tecnológica de Toyohashi y Hitachi Ltd., todos en Japón, describen los nuevos engranajes emisores de luz en la revista The Optical Society OSA Óptica Express . Con un radio de una micra o menos, 250,000 de los engranajes podrían empaquetarse en un solo milímetro cuadrado de un chip de computadora.
Existe un gran interés en generar luz retorcida o que tenga un momento angular orbital, debido a sus ventajas para las comunicaciones y la informática. Hoy en día, la luz se utiliza para transportar información variando el número de fotones emitidos o cambiando entre la luzdos estados de polarización. Con la luz retorcida, cada giro puede representar un valor o letra diferente, lo que permite la codificación de mucha más información con menos luz.
"Nuestros nuevos microgears tienen el potencial de un láser que se puede integrar en un sustrato de silicio, el último componente necesario para crear un circuito óptico integrado en una computadora", dijo el primer autor del artículo, Abdelrahman Al-Attili, de la Universidadde Southampton. "Estos pequeños circuitos basados en óptica utilizan luz retorcida para transmitir grandes cantidades de datos".
Usando tensión para mejorar la emisión de luz
Ha sido imposible hacer una fuente de luz miniaturizada utilizable en silicio, el material comúnmente utilizado para fabricar chips de computadora y componentes asociados, porque las propiedades del material condujeron a una pobre eficiencia de generación de luz. Aunque el germanio tiene limitaciones similares, aplicando tensión por estiramientoPuede mejorar su eficiencia de emisión de luz.
"Anteriormente, la cepa que podía aplicarse al germanio no era lo suficientemente grande como para crear luz de manera eficiente sin degradar el material", dijo Al-Attili. "Nuestro nuevo diseño de microgear ayuda a superar este desafío".
El nuevo diseño presenta microgears que son independientes en los bordes para que puedan estirarse mediante una película de óxido depositada sobre las estructuras. Esto permite aplicar tensión de tensión sin romper la estructura cristalina del germanio. Los engranajes se colocan sobre un pedestal de silicio quelo conecta a la parte superior del sustrato de silicio y permite que el calor se disipe durante la operación.
Para demostrar su nuevo diseño, los investigadores utilizaron la litografía de haz de electrones para fabricar las características físicas muy finas que forman los dientes de los engranajes. Luego iluminaron los engranajes con un láser verde estándar que no emitía luz retorcida. Después de que el microgear absorbió elluz verde genera sus propios fotones que circulan alrededor de los bordes formando luz retorcida que se refleja verticalmente fuera del engranaje por los dientes periódicos.
Simulaciones ópticas de precisión
Los investigadores probaron y modificaron su diseño utilizando simulaciones por computadora que modelan la forma en que la luz se propaga en los engranajes durante nanosegundos o incluso períodos de tiempo más cortos. Al comparar la emisión de luz del prototipo con los resultados de la simulación por computadora, pudieron confirmar que los engranajes generaron retorcidosligero.
"Podemos diseñar con precisión nuestro dispositivo para controlar el número de rotaciones por longitud de onda de propagación y la longitud de onda de la luz emitida", dijo Al-Attili.
Los investigadores ahora están trabajando para mejorar aún más la eficiencia de la emisión de luz de los microgears de germanio. Si tiene éxito, esta tecnología permitiría integrar miles de láseres en un chip de silicio para transmitir información.
"Las tecnologías de fabricación de silicio que se desarrollaron para fabricar dispositivos electrónicos ahora se pueden aplicar para fabricar varios dispositivos ópticos", dijo Al-Attili. "Nuestros microgears son solo un ejemplo de cómo se pueden usar estas capacidades para fabricar dispositivos de nano y microescala"
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :