Xu Yi, professor assistente de engenharia elétrica e de computação na Universidade da Virgínia, colaborou com o grupo de Yun-Feng Xiao da Universidade de Pequim e pesquisadores da Caltech para alcançar a mais ampla amplitude espectral registrada em uma microcombina.

Seu artigo revisado por pares, "Microcombs de duas oitavas assistidas pelo caos, "foi publicado em 11 de maio, 2020, no Nature Communications , um jornal multidisciplinar dedicado a publicar pesquisas de alta qualidade em todas as áreas do biológico, saúde, fisica, ciências químicas e da terra.

Yi e Xiao co-orientaram este trabalho e são os autores correspondentes. Os co-autores incluem Hao-Jing Chen, Qing-Xin Ji, Qi-Tao Cao, Qihuang Gong na Universidade de Pequim, e Heming Wang e Qi-Fan Yang na Caltech. O grupo de Yi é patrocinado pela U.S. National Science Foundation. O grupo de Xiao é financiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China e pelo Programa Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento da China.

A equipe aplicou a teoria do caos a um tipo específico de dispositivo fotônico chamado pente de frequência baseado em microrressonador, ou microcomb. A microcombina converte com eficiência fótons de comprimentos de onda únicos em múltiplos. Os pesquisadores demonstraram o mais amplo (ou seja, mais colorido) intervalo espectral de microcombas já registrado. À medida que os fótons se acumulam e seu movimento se intensifica, o pente de frequência gera luz no espectro ultravioleta ao infravermelho.

"É como transformar uma lanterna mágica monocromática em um projetor de filme em tecnicolor, "Yi disse. O amplo espectro de luz gerado a partir dos fótons aumenta sua utilidade em espectroscopia, relógios ópticos e calibração astronômica para busca de exoplanetas.

A microcomba funciona conectando dois elementos interdependentes:um microrressonador, que é uma estrutura em escala micrométrica em forma de anel que envolve os fótons e gera o pente de frequência, e um guia de ondas de barramento de saída. O guia de ondas regula a emissão de luz:apenas a luz de velocidade correspondente pode sair do ressonador para o guia de ondas. Como Xiao explicou, "É semelhante a encontrar uma rampa de saída de uma rodovia; não importa o quão rápido você dirija, a saída sempre tem um limite de velocidade. "

A equipe de pesquisa descobriu uma maneira inteligente de ajudar mais fótons a conseguir sua saída. A solução deles é deformar o microrressonador de uma forma que crie um movimento caótico de luz dentro do anel. "Este movimento caótico altera a velocidade da luz em todos os comprimentos de onda disponíveis, "disse o co-autor e membro da equipe de pesquisa da Universidade de Pequim, Hao-Jing Chen. Quando a velocidade do ressonador corresponder à do guia de ondas do barramento de saída em um momento específico, a luz sairá do ressonador e fluirá através do guia de ondas.

A adoção da teoria do caos pela equipe é uma conseqüência de seu estudo anterior sobre a transformação do momento de banda larga assistida pelo caos em microcavidades deformadas, que foi publicado em Ciência em 2017 ( Ciência 358, 344-347).

Esta pesquisa se baseia nos pontos fortes da UVA Engineering em fotônica. O Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação Charles L. Brown tem uma base sólida em materiais semicondutores e física de dispositivos que se estende a dispositivos optoeletrônicos avançados. O laboratório de microfotônica de Yi realiza pesquisas em ressonadores fotônicos integrados de alta qualidade, com um foco duplo em pentes de frequência óptica baseados em microrressonador e computação quântica fotônica baseada em variável contínua.

"A introdução do caos e da deformação da cavidade não fornece apenas um novo mecanismo, mas também um grau adicional de liberdade na concepção de dispositivos fotônicos, "Yi disse." Isso poderia acelerar a pesquisa óptica e fotônica em computação quântica e outras aplicações que são vitais para o crescimento econômico futuro e sustentabilidade. "

Nature Communications publicou esta pesquisa em 11 de maio, 2020.