Pesquisadores da Michigan Tech mapearam uma resposta magneto-óptica de redução de ruído que ocorre em comunicações de fibra óptica, abrindo a porta para novas tecnologias de materiais.

Os sinais ópticos produzidos por fontes de laser são amplamente usados ​​em comunicações de fibra óptica, que funcionam pulsando informações empacotadas como luz por meio de cabos, mesmo a grandes distâncias, de um transmissor para um receptor. Por meio dessa tecnologia é possível transmitir conversas telefônicas, mensagens de internet, e imagens de televisão a cabo. A grande vantagem desta tecnologia sobre a transmissão de sinal elétrico é sua largura de banda, ou seja, a quantidade de informações que podem ser transmitidas.

Uma nova pesquisa de uma colaboração entre a Michigan Technological University e o Argonne National Laboratory melhora ainda mais o processamento de sinais ópticos, o que poderia levar à fabricação de dispositivos de fibra ótica ainda menores.

O artigo, desvelando um mecanismo inesperado de não reciprocidade óptica - desenvolvido pelo grupo de pesquisa de Miguel Levy, professor de física da Michigan Tech - foi publicado na revista Optica . "Aumentando a não reciprocidade óptica:reconstrução de superfície em granadas de ferro" explica as origens quânticas e cristalográficas de um novo efeito de superfície em óptica não recíproca que melhora o processamento de sinais ópticos.

Sinais óticos silenciosos

Um componente óptico chamado isolador magneto-óptico aparece onipresente nesses circuitos ópticos. Sua função é proteger a fonte do laser - o local onde a luz é gerada antes da transmissão - da luz indesejada que pode ser refletida de volta a jusante. Qualquer luz que entre na cavidade do laser põe em risco o sinal transmitido porque cria o equivalente óptico do ruído.

"Os isoladores ópticos funcionam com um princípio muito simples:a luz que vai na direção para frente é permitida; a luz que vai na direção para trás é interrompida, "Levy disse." Isso parece violar um princípio físico chamado simetria de reversão do tempo. As leis da física dizem que se você inverter a direção do tempo - se viajar para trás no tempo - você termina exatamente onde começou. Portanto, a luz voltando deve acabar dentro do laser. Mas isso não acontece. Os isoladores alcançam essa façanha sendo magnetizados. Os pólos magnéticos norte e sul no dispositivo não trocam de lugar para a luz voltar. Portanto, as direções para frente e para trás realmente parecem diferentes para a luz que viaja. Este fenômeno é chamado de não reciprocidade óptica, " ele disse.

Para Microscópio Eletrônico de Transmissão de Varredura (STEM) da Michigan Tech FEI 200kV Titan Themis (um dos dois únicos Titãs no estado de Michigan), o mundo é um palco.

Os isoladores ópticos precisam ser miniaturizados para integração no chip em circuitos ópticos, um processo semelhante à integração de transistores em chips de computador. Mas essa integração requer o desenvolvimento de tecnologias de materiais que podem produzir isoladores ópticos mais eficientes do que os disponíveis atualmente.

Um trabalho recente do grupo de pesquisa de Levy demonstrou uma melhoria de ordem de magnitude no efeito físico responsável pela operação do isolador. Esta descoberta, observáveis ​​em filmes de granada de ferro em nanoescala, abre a possibilidade de dispositivos muito menores. O desenvolvimento de novas tecnologias de materiais desse efeito depende da compreensão de sua base quântica.

As descobertas do grupo de pesquisa fornecem exatamente esse tipo de compreensão. Este trabalho foi feito em colaboração com a estudante de graduação em física Sushree Dash, Pinaki Mukherjee, engenheiro da equipe do Laboratório de Análise Morfológica e Química Aplicada, e os cientistas da equipe do Laboratório Nacional de Argonne, Daniel Haskel e Richard Rosenberg.

O artigo da Optica explica o papel da superfície nas transições eletrônicas responsáveis ​​pela resposta magneto-óptica aprimorada observada. Eles foram observados com a ajuda da Fonte Avançada de Fótons de Argonne. O mapeamento da reconstrução da superfície subjacente a esses efeitos foi possível por meio do microscópio eletrônico de transmissão de varredura de última geração adquirido pela Michigan Tech há dois anos. O novo entendimento da resposta magneto-óptica fornece uma ferramenta poderosa para o desenvolvimento de tecnologias de materiais aprimoradas para avançar na integração de dispositivos não recíprocos em circuitos ópticos.