Os circuladores são componentes importantes na tecnologia de comunicação. Sua maneira única de direcionar a luz geralmente requer ímãs do tamanho de um centímetro, que são difíceis de miniaturizar para uso em chips ópticos. Pesquisadores da AMOLF e da Universidade do Texas contornaram esse problema com um anel de vidro vibratório que interage com a luz. Eles então criaram um circulador em microescala que direciona a luz em um chip óptico sem usar ímãs. Os pesquisadores publicaram seus trabalhos em Nature Communications em 4 de maio de 2018.

Os circuladores permitem a transmissão de informações sem perda entre mais de dois nós em uma rede, razão pela qual são amplamente utilizados em redes ópticas. Os circuladores têm várias portas de entrada e saída entre as quais direcionam a luz de uma maneira especial:a luz que entra em uma porta particular é forçada a sair em uma segunda porta, mas a luz que entra nessa segunda porta sai em uma terceira porta, e assim por diante.

"A propagação da luz é simétrica por natureza, o que significa que se a luz pode se propagar de A para B, o caminho inverso é igualmente possível. Precisamos de um truque para quebrar a simetria, ", diz o líder do grupo AMOLF, Ewold Verhagen." Normalmente, esse truque é usar ímãs do tamanho de um centímetro para transmitir a direcionalidade e quebrar a natureza simétrica da propagação da luz. Esses sistemas são difíceis de miniaturizar para uso em chips fotônicos. "

Verhagen e seus colegas criaram o comportamento circulante usando um ressonador de anel de vidro em microescala com um truque diferente. Eles permitem que a luz no anel interaja com as vibrações mecânicas do anel. Os pesquisadores usaram esse princípio em trabalhos anteriores para demonstrar a transmissão ótica unilateral. "Ao brilhar a luz de um laser de 'controle' no anel, luz de uma cor diferente pode excitar vibrações por meio de uma força conhecida como pressão de radiação, mas apenas se se propagar na mesma direção que a onda de luz de controle, "Verhagen explica." Uma vez que a luz se propaga de maneira diferente através de uma estrutura vibrante do que através de uma estrutura que está parada, a força óptica quebra a simetria da mesma forma que um campo magnético faria. "

Rotunda para luz

Transformar a 'rua de mão única para a luz' em uma 'rotatória' ótica útil não foi tão simples quanto pode parecer, como o pós-doutorado John Mathew aponta:"O desafio é ditar a saída específica para a qual a luz pode ser direcionada, de modo que sempre leva a próxima porta. "

Os pesquisadores encontraram a solução na interferência óptica. O controle cuidadoso dos caminhos ópticos na estrutura garante que a luz de cada entrada interfira construtivamente na saída correta. “Demonstramos essa circulação em experimentos, e mostrou que pode ser ajustado ativamente. A frequência e a potência do laser de controle permitem que a circulação seja ligada e desligada e mude a direção das mãos, "diz Mathew.

Redes de informação

A 'rotatória' AMOLF para a luz é, na verdade, a primeira sem ímã, circulador óptico no chip. Embora a pesquisa seja fundamental por natureza, ele tem muitas aplicações possíveis. Verhagen:"Dispositivos como este podem formar blocos de construção para chips que usam luz em vez de elétrons para transportar informações, bem como para futuros computadores quânticos e redes de comunicação. O fato de o circulador poder ser controlado ativamente fornece funcionalidade adicional, pois os circuitos ópticos podem ser reconfigurados à vontade. "