Fotônica: físicos construíram o primeiro interruptor óptico de 500 GHz
Pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego (Estados Unidos) acabaram de construir o primeiro interruptor óptico de 500 Gigahertz (GHz).
“Isso é mais do que uma ordem de magnitude mais rápida do que qualquer resultado publicado anteriormente”, disse o professor de engenharia elétrica e informática da Universidade de San Diego, Stojan Radic. “Isso excede a velocidade dos mais rápidos canais de informação ópticos em uso hoje”.
Segundo um artigo publicado na revista Science, a comutação de fótons a velocidades tão altas foi possível graças aos avanços no controle de feixes ópticos fortes usando apenas alguns fótons, e pela capacidade dos cientistas de projetar a própria fibra óptica com uma precisão espetacular que vai a nível molecular.
No trabalho de pesquisa, Radic e seus colegas argumentam que o controle óptico ultrarrápido é fundamental para aplicativos que devem manipular a luz para além dos limites eletrônicos convencionais.
A construção
Para construir essa nova opção, a equipe da Universidade de San Diego desenvolveu uma técnica de medição capaz de resolver flutuações sub-nanométricas no núcleo da fibra. Isso foi fundamental, porque a dispersão de fibras locais varia substancialmente, mesmo com pequenas flutuações do núcleo. Até recentemente, o controle dessas pequenas variações não era considerado viável, em particular sobre dispositivos de comprimentos longos.
Na experiência, a entrada de três fótons foi utilizada para manipular um feixe em escala Watt, a uma velocidade superior a 500 Gigahertz. Em sua pesquisa, os engenheiros do Laboratório de Sistemas Fotônicos do Instituto Qualcomm, também da Universidade de San Diego, demonstraram que o controle rápido torna-se possível em fibra de vidro de sílica. Segundo eles, a fibra de sílica representa uma plataforma física quase ideal, por ter uma perda óptica muito baixa e uma transparência excepcional.
Até recentemente, o controle de pequenas variações não era considerado viável. Mais uma vez, eles contornaram essa circunstância porque foram capazes de traçar o perfil do flutuação da fibra real.
Obstáculos
Para projetar o novo interruptor, eles tiveram que desenvolver uma nova teoria para descrever a interação entre fótons em núcleo de fibra controlados em escala molecular. Para construir o dispositivo, a equipe também desenvolveu uma nova técnica de medição capaz de resolver flutuações sub-nanométricas do núcleo da fibra.
Com isso, segundo Radic, eles foram capazes de usar a técnica para sintetizar o primeiro interruptor óptico que atua por apenas três fótons em 500GHz, acrescentando que dois fatores chave foram fundamentais para sintetizar o dispositivo: “a capacidade de prever a variação microscópica ideal, e nossa capacidade para medir essas variações em fibra física”.
As fibras podem parecer idênticas a instrumentos de medição convencionais, e ainda possuem a mesma variação do núcleo padrão, mas podem oferecer um desempenho de comutação dramaticamente diferente. Isto acontece principalmente devido à extrema sensibilidade às flutuações do núcleo.
Sensibilidade às flutuações
Essa sensibilidade às flutuações são particularmente fundamentais, especialmente no contexto da estrutura do núcleo da fibra, tradicionalmente feito de vidro. O bloco básico de construção, o óxido de silício, (Si-O), tem um diâmetro de 0.6 nanômetros, que define o limite de precisão com o qual um núcleo de fibra físico pode ser realizado.
O que o tornou o dispositivo não apenas viável, mas também prático, foram os progressos na medição de fibra com precisão sub-nanométrica. Eles tiveram que desenvolver também uma forma de medir comprimentos, sem causar danos à fibra. “Medimos quilômetros de amostras de fibras e gravamos as variações do núcleo”, disse Nikola Alic, um cientista de pesquisa no Laboratório de Sistemas de fotônicos. E Radic completou a explicação, dizendo que “a técnica é tão sensível que, se uma mosca pousar em uma fibra de muitos quilômetros de distância, o núcleo ainda seria levemente distorcido – e agora nós podemos detectar e medir essa distorção”, por menor que seja.
Depois de medir a fibra, os pesquisadores foram capazes de gerar o que eles chamam de uma “biblioteca de assinatura em nanoescala”. A partir daí, eles identificaram um perfil de flutuação de núcleo específico que corresponderia à depleção máxima da bomba de fótons. Uma vez que o cálculo resultou um perfil único variação do núcleo para um comprimento de fibra, os cientistas combinaram duas secções de fibra distintas a partir da biblioteca de flutuação do núcleo com o mesmo perfil de variação.
Depois veio a parte mais difícil: descobrir a eficiência e rapidez do controle de poucos fótons.
Eles foram capazes de avaliar o número mínimo de fótons no impulso de controle permitido pela fibra específica. E descobriram que para tirar o maior proveito possível da comutação de fótons, seria necessária uma nova classe de fibras que minimizasse as dispersões. Sendo assim, a equipe de pesquisadores de San Diego já construiu um primeiro protótipo de uma fibra projetada exclusivamente para esta finalidade.
As implicações desse trabalho para a fotônica
Além do controle de feixes ópticos muito mais rápidos e de comutação rápida, esse mais recente trabalho abre o caminho para uma nova classe de receptores sensíveis (também capazes de operar a taxas de velocidade muito altas), sensores fotônicos mais rápidos e dispositivos de processamento óptico.[Phys]
2 comentários
Eu não entendi muito bem,sou leigo qual a aplicação?
Computadores óticos. Um transístor, que é a base do computador, não passa de uma chave eletrônica, uma corrente na Base serve como chave de liga e desliga entre os outros dois terminais do transístor, e com isto toda a lógica digital pode ser construída usando componentes elétricos. Com esta invenção, podemos ter o equivalente fotônico.
Entre outras coisas…