Circuitos fotônicos integrados, que dependem de luz em vez de elétrons para mover informações, promessa de revolucionar as comunicações, detecção e processamento de dados. Mas controlar e mover a luz apresenta sérios desafios. Um grande obstáculo é que a luz viaja em diferentes velocidades e em diferentes fases em diferentes componentes de um circuito integrado. Para a luz se acoplar entre os componentes ópticos, ele precisa estar se movendo ao mesmo tempo.

Agora, uma equipe de pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson, em colaboração com a Universidade de Pequim em Pequim, demonstrou uma nova maneira de controlar o momento da luz de banda larga em um componente óptico amplamente usado conhecido como microcavidade de galeria silenciosa (WGM).

O papel, cujos co-autores também incluem pesquisadores da Washington University em Saint Louis, o Instituto de Tecnologia da Califórnia, e a Universidade de Magdeburg, é publicado em Ciência .

"O caos óptico de banda larga na microcavidade está criando uma ferramenta universal para acessar muitos estados ópticos, "disse Linbo Shao, um estudante de graduação no laboratório de Marko Loncar, o professor Tiantsai Lin de Engenharia Elétrica, no SEAS e co-primeiro autor do artigo. "Anteriormente, pesquisadores precisam de vários elementos ópticos especiais para acoplar a luz de entrada e saída de WGMs em diferentes comprimentos de onda, mas com este trabalho podemos acoplar todas as luzes coloridas com um único acoplador óptico. "

Um WGM é um tipo de microrressonador óptico usado em uma ampla variedade de aplicações, da transmissão de longo alcance em fibras ópticas à computação quântica. Os WGMs têm o nome das galerias sussurrantes da Catedral de São Paulo em Londres, onde uma onda acústica (um sussurro) circula dentro de uma cavidade (a cúpula) de um alto-falante de um lado para um ouvinte do outro. Fenômenos semelhantes ocorrem na Parede do Eco no Templo do Céu na China e no arco sussurrante da Grand Central Station na cidade de Nova York.

Galerias óticas de sussurros funcionam da mesma maneira. Ondas de luz presas em um ambiente altamente confinado, espaço circular - menor do que um fio de cabelo - orbita ao redor do interior da cavidade. Como a parede sussurrante, a cavidade captura e carrega a onda.

Contudo, é difícil acoplar os campos ópticos dos guias de onda aos campos ópticos em galerias sussurrantes em circuitos fotônicos porque as ondas estão viajando em velocidades diferentes.

Pense em um WGM como uma rotatória de rodovia e campos ópticos como caminhões UPS. Agora, imagine tentar transferir um pacote entre dois caminhões enquanto ambos se movem em velocidades diferentes. Impossível, direito?

Para resolver essa diferença de momentum - sem quebrar a lei de Newton da conservação do momentum - a equipe de pesquisa criou um pequeno caos. Ao deformar a forma do microrressonador óptico, os pesquisadores foram capazes de criar e aproveitar os chamados canais caóticos, em que o momento angular da luz não é conservado e pode mudar com o tempo. Ao alternar a forma do ressonador, o momento pode ser ajustado; o ressonador pode ser projetado para combinar o momento entre os guias de onda e os WGMs. Mais importante, o acoplamento é de banda larga e ocorre entre estados ópticos que de outra forma não seriam acoplados.

A pesquisa fornece novas aplicações para óptica de microcavidades e fotônica no processamento óptico quântico, armazenamento óptico e muito mais.

"O trabalho ilustra uma abordagem fundamentalmente diferente para sondar essa importante classe de microrressonadores, ao mesmo tempo que revela uma bela física relacionada ao assunto do caos óptico, "disse Kerry Vahala, o Professor Ted e Ginger Jenkins de Ciência e Tecnologia da Informação e Professor de Física Aplicada na Cal Tech, que não esteve envolvido nesta pesquisa.

Próximo, a equipe irá explorar a física do caos óptico em outras plataformas ópticas e materiais, incluindo cristais fotônicos e diamantes.